Ingineri Dezvoltă Tehnologie de Mușchi Artificial de Înaltă Performanță

Inginerii de la Universitatea din Northern Arizona (NAU) au dezvoltat o nouă tehnologie de mușchi artificial de înaltă performanță care permite mișcări mai umane. Tehnologia flexibilă și adaptabilă a demonstrat capacitatea de a depăși mușchii scheletici umani în mai multe metrici.

Cercetătorii se bazează adesea pe principiile biomimeticii pentru a dezvolta tehnologii de acționare și roboți moi mai bune. În biomimetică, componentele mașinilor sunt proiectate pentru a imita mișcarea mușchilor umani, sperând să îi depășească.

Roboți în Formă Biologică

Actuatorii, cum ar fi motoarele electrice, sunt rigizi, ceea ce îi limitează în capacitățile lor, astfel încât protezele și actuatorii biomimetici trebuie să se schimbe pe măsură ce roboții iau o formă mai biologică.

Noua tehnologie de mușchi artificial de înaltă performanță a fost dezvoltată în Laboratorul de Sisteme Dinamice Active al NAU. Articolul, publicat în Science Robotics, se intitulează „Mușchi artificiali cavatappi din trase, răsucire și bobinare a tuburilor de polimer.”

Articolul a fost scris de profesorul asociat Michael Shafer și profesorul Heidi Feigenbaum de la Departamentul de Inginerie Mecanică al NAU. Ei au fost asistați de studentul cercetător Diego Higueras-Ruiz.

“Le numim mușchi artificiali cavatappi noi, pe baza asemănării lor cu pasta italiană,” a spus Shafer.

Mușchi Artificial vs. Mușchi Scheletic Uman

Actuatorii sunt potriviți pentru aplicații de bioinginerie și robotică, având în vedere structura lor bobinată, care generează mai multă putere. Inginerii au demonstrat că mușchii artificiali cavatappi prezintă metrici de lucru și putere de zece și cinci ori mai mari decât mușchii scheletici umani, respectiv. Pe măsură ce continuă să se dezvolte, se așteaptă să crească și mai mult în performanță.

“Mușchii artificiali cavatappi se bazează pe actuatori de polimer răsucit (TPA), care au fost destul de revoluționari atunci când au apărut pentru că erau puternici, ușori și ieftini. Dar erau foarte ineficienți și încet să se activeze, deoarece trebuiau încălziți și răciți. În plus, eficiența lor este de doar aproximativ două procente,” a spus Shafer. “Pentru cavatappi, ocolim acest lucru folosind un fluid sub presiune pentru a acționa, astfel încât credem că aceste dispozitive sunt mult mai probabil să fie adoptate. Aceste dispozitive răspund aproximativ la fel de repede cum putem pompa fluidul. Avantajul mare este eficiența lor. Am demonstrat o eficiență contractilă de până la aproximativ 45 procente, ceea ce este un număr foarte mare în domeniul acționării moi.”

Conform inginerilor, această tehnologie ar putea fi utilă în aplicații de robotică moale, actuatori robotici convenționali și tehnologii asistive, cum ar fi exoschelete și proteze.

“Ne așteptăm ca lucrările viitoare să includă utilizarea mușchilor artificiali cavatappi în multe aplicații, datorită simplității, costului scăzut, greutății reduse, flexibilității, eficienței și proprietăților de recuperare a energiei de deformare, printre alte beneficii,” a spus Shafer.

Noua tehnologie este disponibilă pentru licențiere și parteneriat și se află acum în stadiul de protecție și comercializare timpurie.

Tehnologiile de acționare biomimetică și conformă vor avea implicații majore pe măsură ce vor continua să se dezvolte. Sunt atât eficiente, cât și puternice atunci când sunt utilizate în sisteme robotice și pot ajuta la interacțiunea, îmbunătățirea și integrarea lor cu oamenii.