エンジニアが高性能人工筋肉技術を開発

北アリゾナ大学 (NAU) のエンジニアは、より人間に近い動きを可能にする新しい高性能人工筋肉技術を開発しました。 柔軟で適応力のあるこのテクノロジーは、いくつかの指標において人間の骨格筋を上回る能力を実証しています。 

研究者は、より優れた作動技術やソフト ロボット工学を開発するために、バイオミメティクスの原理に頼ることがよくあります。 バイオミメティクスでは、機械コンポーネントは人間の筋肉の動きを模倣するように設計されており、できればそれを上回る性能を発揮します。 

生物学的な形態のロボット

電気モーターなどのアクチュエーターは剛性が高く、その能力が制限されるため、ロボットがより生物学的な形状になるにつれて、生体模倣プロテーゼとアクチュエーターも変更する必要があります。 

新しい高性能人工筋肉技術は、NAU のダイナミック アクティブ システム研究所で開発されました。 に掲載された論文 サイエンスロボティクス、 タイトルは「ポリマーチューブを引き、ねじり、巻き付けることで作られた Cavatappi 人工筋肉に設立された地域オフィスに加えて、さらにローカルカスタマーサポートを提供できるようになります。」

この論文は、NAU機械工学科のマイケル・シェーファー准教授とハイディ・ファイゲンバウム教授によって執筆された。 彼らは大学院生研究者のディエゴ・イゲラス・ルイス氏の支援を受けました。

「これらの新しいリニアアクチュエータは、イタリアのパスタとの類似性に基づいて、カヴァタッピ人工筋肉と呼んでいます」とShafer氏は述べています。

人工筋肉 vs. 人間の骨格筋

このアクチュエータは、より多くの電力を生成するコイル状の構造を備えているため、生物工学やロボット工学の用途に適しています。 エンジニアらは、カヴァタッピ人工筋肉が人間の骨格筋よりもそれぞれ XNUMX 倍、XNUMX 倍高い仕事量と XNUMX 倍のパワーメトリクスを示すことを実証しました。 今後も開発を進めていくことで、さらなるパフォーマンスの向上が期待されます。

「カヴァタッピ人工筋肉は、ツイストポリマーアクチュエーター（TPA）をベースにしています。これは、強力で軽量、かつ安価であるため、最初に登場したときはかなり革新的でした。 しかし、それらは非常に非効率的であり、加熱および冷却する必要があるため、作動が遅くなりました。 さらに、それらの効率はわずか約45パーセントです」とShafer氏は述べています。 「カヴァタッピについては、加圧流体を使用して作動させることでこれを回避しているため、これらのデバイスが採用される可能性がはるかに高いと考えています。 これらのデバイスは、流体をポンピングできるのとほぼ同じ速さで応答します。 大きな利点はその効率です。 最大約XNUMX％の収縮効率を実証しました。これは、ソフト作動の分野では非常に高い数値です。」

エンジニアらによると、この技術はソフトロボティクス応用、従来のロボットアクチュエーター、外骨格や義肢などの支援技術に役立つ可能性があるという。 

「将来の作業には、カヴァタッピ人工筋肉のシンプルさ、低コスト、軽量、柔軟性、効率、ひずみエネルギー回復特性などの利点により、多くのアプリケーションでの使用が含まれると予想しています」とShafer氏は述べています。

この新しいテクノロジーはライセンス供与と提携が可能であり、現在は保護と早期商用化の段階にあります。 

準拠した生体模倣作動技術は、開発が進むにつれて大きな影響を与えるでしょう。 これらはロボット システムで使用すると効率的かつ強力であり、人間との対話、強化、そして最終的には統合を可能にするのに役立ちます。