מהנדסים מפתחים טכנולוגיית שרירים מלאכותיים בעלת ביצועים גבוהים

מהנדסים מאוניברסיטת צפון אריזונה (NAU) פיתחו טכנולוגיית שרירים מלאכותיים חדשה, בעלת ביצועים גבוהים, המאפשרת תנועה דמוית אדם יותר. הטכנולוגיה הגמישה והניתנת להתאמה הוכיחה יכולת להתעלות על שריר השלד האנושי במספר מדדים. 

חוקרים מסתמכים לעתים קרובות על עקרונות של ביומימטיקה כדי לפתח טכנולוגיות הפעלה טובות יותר ורובוטיקה רכה. בביומימטיקה, רכיבי מכונה מתוכננים לחקות את תנועת השרירים האנושיים, בתקווה לעלות על ביצועיהם. 

רובוטים בצורה ביולוגית

מפעילים כגון מנועים חשמליים הם קשיחים, מה שמגביל אותם ביכולותיהם, ולכן תותבות ומפעילים ביומימטיים חייבים להשתנות ככל שרובוטים מקבלים צורה ביולוגית יותר. 

טכנולוגיית השרירים המלאכותיים החדשה, בעלת הביצועים הגבוהים, פותחה במעבדת מערכות דינמיות אקטיביות של NAU. העיתון, שפורסם ב רובוטיקה מדע, הוא מכונה "שרירי Cavatappi מלאכותיים מציור, פיתול ופיתול צינורות פולימר".

המאמר נכתב על ידי פרופסור חבר מייקל שיפר ופרופסור היידי פייגנבאום מהמחלקה להנדסת מכונות של NAU. הם נעזרו בחוקר סטודנטים לתארים מתקדמים דייגו היגוארס-רואיז.

"אנו מכנים מפעילים לינאריים חדשים אלה שרירים מלאכותיים cavatappi בהתבסס על דמיונם לפסטה האיטלקית," אמר שפר.

שריר מלאכותי לעומת שרירי שלד אנושיים

המפעילים מתאימים ליישומי ביו-הנדסה ורובוטיקה לאור המבנה המפותל שלהם, אשר מייצר יותר כוח. המהנדסים הוכיחו ששרירי cavatappi מלאכותיים מציגים מדדי עבודה וכוח גבוהים פי עשרה וחמישה משרירי השלד האנושיים, בהתאמה. ככל שהם ממשיכים להתפתח, הם צפויים לעלות עוד יותר בביצועים.

"השרירים המלאכותיים של cavatappi מבוססים על מפעילי פולימר מעוותים (TPA), שהיו די מהפכניים כשיצאו לראשונה מכיוון שהם היו חזקים, קלים וזולים. אבל הם היו מאוד לא יעילים ואיטיים לפעול כי היית צריך לחמם ולקרר אותם. בנוסף, יעילותם היא רק כשני אחוזים ", אמר שפר. "עבור ה- cavatappi, אנו עוקפים זאת באמצעות נוזל בלחץ כדי להפעיל, ולכן אנו חושבים שההתקנים הללו הרבה יותר סביר שיאומצו. מכשירים אלה מגיבים בערך כמה שאנו יכולים לשאוב את הנוזל. היתרון הגדול הוא היעילות שלהם. הוכחנו יעילות התכווצות של עד 45 אחוזים, שזה מספר גבוה מאוד בתחום ההפעלה הרכה. "

לדברי המהנדסים, טכנולוגיה זו יכולה להיות שימושית ביישומי רובוטיקה רכה, מפעילים רובוטיים קונבנציונליים וטכנולוגיות מסייעות כגון שלדים חיצוניים ותותבות. 

"אנו מצפים כי עבודה עתידית תכלול שימוש בשרירים מלאכותיים של cavatappi ביישומים רבים בשל פשטותם, עלותם הנמוכה, הקלה, הגמישות, היעילות ותכונות התאוששות האנרגיה המתח, בין היתר," אמר שפר.

הטכנולוגיה החדשה זמינה לרישוי ושותפות, והיא נמצאת כעת בשלב ההגנה והמסחור המוקדם. 

לטכנולוגיות הפעלה ביומימטיות תואמות, יהיו השלכות גדולות ככל שהן ימשיכו להתפתח. הם גם יעילים וחזקים בשימוש במערכות רובוטיות, והם יכולים לעזור לאפשר להם ליצור אינטראקציה, להגדיל ובסופו של דבר להשתלב עם בני אדם.