Engenheiros Desenvolvem Tecnologia de Músculo Artificial de Alto Desempenho

Engenheiros da Universidade do Norte do Arizona (NAU) desenvolveram uma nova tecnologia de músculo artificial de alto desempenho que permite movimentos mais semelhantes aos humanos. A tecnologia flexível e adaptável demonstrou ser capaz de superar o músculo esquelético humano em várias métricas.

Os pesquisadores frequentemente recorrem a princípios de biomimética para desenvolver tecnologias de atuação e robótica mais avançadas. Na biomimética, os componentes das máquinas são projetados para imitar o movimento dos músculos humanos, com a esperança de superá-los.

Robôs em Forma Biológica

Atuadores como motores elétricos são rígidos, o que limita suas capacidades, por isso as próteses e atuadores biomiméticos devem mudar à medida que os robôs assumem uma forma mais biológica.

A nova tecnologia de músculo artificial de alto desempenho foi desenvolvida no Laboratório de Sistemas Dinâmicos Ativos da NAU. O artigo, publicado na Science Robotics, é intitulado “Cavatappi artificial muscles from drawing, twisting, and coiling polymer tubes.”

O artigo foi escrito pelo professor associado Michael Shafer e pelo professor Heidi Feigenbaum do Departamento de Engenharia Mecânica da NAU. Eles foram auxiliados pelo pesquisador de pós-graduação Diego Higueras-Ruiz.

“Chamamos esses novos atuadores lineares de músculos artificiais cavatappi devido à sua semelhança com o macarrão italiano,” disse Shafer.

Músculo Artificial vs. Músculo Esquelético Humano

Os atuadores são adequados para aplicações de bioengenharia e robótica devido à sua estrutura em espiral, que gera mais poder. Os engenheiros demonstraram que os músculos artificiais cavatappi exibem métricas de trabalho e poder dez e cinco vezes maiores que os músculos esqueléticos humanos, respectivamente. À medida que continuam a ser desenvolvidos, eles devem aumentar ainda mais o desempenho.

“Os músculos artificiais cavatappi são baseados em atuadores de polímero torcido (TPAs), que foram revolucionários quando surgiram porque eram poderosos, leves e baratos. Mas eram muito ineficientes e lentos para atuar porque era necessário aquecê-los e resfriá-los. Além disso, sua eficiência é de apenas dois por cento,” disse Shafer. “Para os cavatappi, contornamos isso usando fluido pressurizado para atuar, então acreditamos que esses dispositivos são muito mais prováveis de ser adotados. Esses dispositivos respondem quase tão rápido quanto podemos bombear o fluido. A grande vantagem é sua eficiência. Demonstramos eficiência contrátil de até 45 por cento, o que é um número muito alto no campo da atuação suave.”

De acordo com os engenheiros, essa tecnologia pode ser útil em aplicações de robótica suave, atuadores robóticos convencionais e tecnologias de assistência, como exoesqueletos e próteses.

“Esperamos que o trabalho futuro incluirá o uso de músculos artificiais cavatappi em muitas aplicações devido à sua simplicidade, baixo custo, leveza, flexibilidade, eficiência e propriedades de recuperação de energia de deformação, entre outros benefícios,” disse Shafer.

A nova tecnologia está disponível para licenciamento e parceria e agora está na fase de proteção e comercialização inicial.

As tecnologias de atuação biomiméticas e conformes terão grandes implicações à medida que continuam a ser desenvolvidas. Elas são eficientes e poderosas quando usadas em sistemas robóticos e podem ajudar a permitir que eles interajam, aumentem e eventualmente se integrem aos humanos.