Inžinieriai kuria didelio našumo dirbtinių raumenų technologiją

Šiaurės Arizonos universiteto (NAU) inžinieriai sukūrė naują, didelio našumo dirbtinių raumenų technologiją, kuri įgalina labiau panašų į žmogų judėjimą. Lanksti ir pritaikoma technologija įrodė gebėjimą pranokti žmogaus skeleto raumenis pagal keletą rodiklių. 

Mokslininkai dažnai remiasi biomimetikos principais, kad sukurtų geresnes paleidimo technologijas ir minkštąją robotiką. Biomimetikoje mašinų komponentai yra sukurti taip, kad imituotų žmogaus raumenų judesius, tikimasi, kad jie pralenks juos. 

Robotai biologine forma

Pavaros, tokios kaip elektros varikliai, yra standžios, o tai riboja jų galimybes, todėl biomimetiniai protezai ir pavaros turi keistis, nes robotai įgauna biologiškesnę formą. 

Nauja, didelio našumo dirbtinių raumenų technologija buvo sukurta NAU Dinaminių aktyvių sistemų laboratorijoje. Straipsnis, išleistas m Mokslo robotika, yra pavadintas "Cavatappi dirbtiniai raumenys iš polimerinių vamzdelių tempimo, sukimo ir vyniojimo"

Straipsnį parašė docentas Michaelas Shaferis ir profesorė Heidi Feigenbaum iš NAU Mechanikos inžinerijos katedros. Jiems padėjo magistrantas tyrėjas Diego Higueras-Ruiz.

„Šias naujas linijines pavaras vadiname cavatappi dirbtiniais raumenimis, atsižvelgdami į jų panašumą į itališkus makaronus“, – sakė Shafer.

Dirbtiniai raumenys prieš žmogaus skeleto raumenis

Pavaros tinka bioinžinerijos ir robotikos programoms, atsižvelgiant į jų suvyniotą struktūrą, kuri generuoja daugiau galios. Inžinieriai įrodė, kad cavatappi dirbtinių raumenų darbo ir galios rodikliai yra atitinkamai dešimt ir penkis kartus didesni nei žmogaus skeleto raumenų. Jiems toliau tobulėjant, tikimasi, kad jų našumas dar padidės.

„Cavatappi dirbtiniai raumenys yra pagrįsti susuktomis polimerinėmis pavaromis (TPA), kurios pirmą kartą pasirodė gana revoliucingos, nes buvo galingos, lengvos ir pigios. Tačiau jie buvo labai neveiksmingi ir lėtai įsijungė, nes reikėjo juos šildyti ir vėsinti. Be to, jų efektyvumas siekia tik apie du procentus“, – sakė Shafer. „Cavatappi atveju mes tai apeiname naudodami suslėgtą skystį, todėl manome, kad šie įrenginiai yra daug labiau pritaikyti. Šie įrenginiai reaguoja maždaug taip greitai, kaip galime pumpuoti skystį. Didelis privalumas yra jų efektyvumas. Mes parodėme iki maždaug 45 procentų susitraukimo efektyvumą, o tai yra labai didelis skaičius minkšto paleidimo srityje.

Pasak inžinierių, ši technologija gali būti naudinga minkštųjų robotų programose, įprastose robotų pavarose ir pagalbinėse technologijose, tokiose kaip egzoskeletai ir protezai. 

„Tikimės, kad ateityje darbas apims cavatappi dirbtinių raumenų naudojimą daugelyje programų dėl jų paprastumo, pigumo, lengvumo, lankstumo, efektyvumo ir įtempimo energijos atkūrimo savybių, be kitų privalumų“, – sakė Shafer.

Nauja technologija yra prieinama licencijavimui ir partnerystei, o dabar ji yra apsaugos ir ankstyvo komercializavimo etape. 

Atitinkamos biomimetinės paleidimo technologijos turės didelių pasekmių, nes jos ir toliau bus kuriamos. Jie yra veiksmingi ir galingi, kai naudojami robotų sistemose, ir gali padėti jiems sąveikauti, papildyti ir galiausiai integruotis su žmonėmis.