Engenheiros desenvolvem tecnologia muscular artificial de alto desempenho

Engenheiros da Northern Arizona University (NAU) desenvolveram uma nova tecnologia muscular artificial de alto desempenho que permite movimentos mais semelhantes aos humanos. A tecnologia flexível e adaptável demonstrou uma capacidade de superar o músculo esquelético humano em várias métricas. 

Os pesquisadores geralmente confiam nos princípios da biomimética para desenvolver melhores tecnologias de atuação e robótica leve. Na biomimética, os componentes da máquina são projetados para imitar o movimento dos músculos humanos, esperando superá-los. 

Robôs em Forma Biológica

Atuadores como motores elétricos são rígidos, o que os limita em suas habilidades, então 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 Ativos Dinâmicos da NAU. O jornal, publicado em Ciência Robótica, é intitulado “Músculos artificiais Cavatappi de desenhar, torcer e enrolar tubos de polímero. "

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

“Chamamos esses novos atuadores lineares de músculos artificiais cavatappi com base em sua semelhança com a massa italiana”, disse Shafer.

Músculo Artificial vs. Músculos Esqueléticos Humanos

Os atuadores são adequados para aplicações de bioengenharia e robótica devido à sua estrutura em espiral, que gera mais energia. Os engenheiros demonstraram que os músculos artificiais cavatappi exibem métricas de trabalho e potência dez e cinco vezes maiores que os músculos esqueléticos humanos, respectivamente. À medida que continuam a se desenvolver, espera-se que aumentem ainda mais o desempenho.

“Os músculos artificiais cavatappi são baseados em atuadores de polímero torcido (TPAs), que foram bastante revolucionários quando foram lançados porque eram poderosos, leves e baratos. Mas eles eram muito ineficientes e lentos para acionar porque você tinha que aquecê-los e resfriá-los. Além disso, sua eficiência é de apenas dois por cento”, disse Shafer. “Para o cavatappi, contornamos isso usando fluido pressurizado para atuar, então achamos que esses dispositivos são muito mais propensos a serem adotados. Esses dispositivos respondem tão rápido quanto podemos bombear o fluido. A grande vantagem é a sua eficiência. Demonstramos eficiência contrátil de até cerca de 45%, que é um número muito alto no campo de atuação suave.”

Segundo os engenheiros, essa tecnologia pode ser útil em aplicações de robótica leve, atuadores robóticos convencionais e tecnologias assistivas, como exoesqueletos e próteses. 

“Esperamos que o trabalho futuro inclua 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 tensão, 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 biomimética compatíveis terão grandes implicações à medida que continuam a ser desenvolvidas. Eles são eficientes e poderosos quando usados ​​em sistemas robóticos e podem ajudá-los a interagir, aumentar e, eventualmente, integrar-se com humanos.