Onderzoekers ontwikkelen baanbrekende zelf-sensoren kunstmatige spier

Onderzoekers van de Queen Mary University of London hebben een uitzonderlijke doorbraak behaald in het veld van bionica, door een novum elektrische variabele-stijfheidskunstmatige spier met zelf-sensoren te ontwikkelen. Deze revolutionaire technologie, zoals onthuld in Advanced Intelligent Systems, staat op het punt om de domeinen van zachte robotica en medische toepassingen te transformeren. Met de mogelijkheid om moeiteloos over te schakelen tussen zachte en harde staten en ook krachten en vervormingen te detecteren, imiteert deze kunstmatige spier de flexibiliteit en rekbaarheid van natuurlijke spieren, waardoor integratie in complexe zachte robotische systemen en aanpassing aan diverse vormen wordt vergemakkelijkt.

Technologie met variabele stijfheid en haar potentieel

“Het voorzien van robots, vooral die gemaakt zijn van flexibele materialen, van zelf-sensoren is een cruciale stap naar echte bionische intelligentie,” zegt dr. Ketao Zhang, de hoofdonderzoeker en docent aan Queen Mary.

De nieuwe kunstmatige spier ontwikkeld door het onderzoeksteam vertoont een opmerkelijke duurzaamheid met een rekcapaciteit van meer dan 200% in de lengterichting, waardoor het een excellente kandidaat is voor diverse toepassingen.

De stijfheid van deze kunstmatige spier kan snel veranderen door de spanning aan te passen, waardoor een continue modulatie met een stijfheidsverandering van meer dan 30 keer wordt bereikt. Deze spanning-gestuurde functie biedt een aanzienlijk voordeel in termen van responsiesnelheid ten opzichte van andere kunstmatige spieren. Bovendien kan de spier zijn eigen vervorming detecteren via veranderingen in de weerstand, waardoor de behoefte aan separate sensorarrangementen wordt geëlimineerd, controlemechanismen worden vereenvoudigd en kosten worden verlaagd.

Eenvoudige fabricage en uitgebreide toepassingen

Het fabricageproces voor deze zelf-sensoren kunstmatige spier is eenvoudig en betrouwbaar. Koolstofnanobuizen worden gemengd met vloeibare silicium met behulp van ultrasonische dispersietechnologie en vervolgens uniform gespoten om een dunne gelamineerde kathode te creëren, die ook fungeert als het sensorgedeelte van de kunstmatige spier. Nadat de vloeibare materialen zijn uitgehard, wordt een complete zelf-sensoren variabele-stijfheidskunstmatige spier gevormd.

De potentiële toepassingen van deze flexibele variabele-stijfheidstechnologie zijn uitgebreid, variërend van zachte robotica tot medische toepassingen. Deze technologie’s naadloze integratie met het menselijk lichaam biedt mogelijkheden voor het ondersteunen van personen met een handicap of patiënten bij het uitvoeren van essentiële dagelijkse taken. Door de zelf-sensoren kunstmatige spier te integreren, kunnen draagbare robotische apparaten de activiteiten van een patiënt monitoren en weerstand bieden door de stijfheidsniveaus aan te passen, waardoor spierfunctieherstel tijdens revalidatietraining wordt vergemakkelijkt.

Dr. Zhang benadrukt het belang van dit onderzoek, door te zeggen: “Hoewel er nog uitdagingen zijn die aangepakt moeten worden voordat deze medische robots in klinische omgevingen kunnen worden ingezet, vertegenwoordigt dit onderzoek een cruciale stap naar mens-machine-integratie. Het biedt een blauwdruk voor de toekomstige ontwikkeling van zachte en draagbare robots.”

Het baanbrekende onderzoek dat is uitgevoerd door onderzoekers aan de Queen Mary University of London vertegenwoordigt een belangrijke mijlpaal in het veld van bionica. De ontwikkeling van zelf-sensoren elektrische kunstmatige spieren zet de toon voor vooruitgang in zachte robotica en medische toepassingen, en markeert een cruciale stap naar het realiseren van het potentieel van bionische technologie.