Inginerii dezvoltă o tehnologie de înaltă performanță pentru mușchi artificiali

Inginerii de la Universitatea Northern Arizona (NAU) au dezvoltat o nouă tehnologie a mușchilor artificiali, de înaltă performanță, care permite o mișcare mai asemănătoare omului. Tehnologia flexibilă și adaptabilă a demonstrat capacitatea de a depăși mușchiul scheletic uman în mai multe valori. 

Cercetătorii se bazează adesea pe principiile biomimeticii pentru a dezvolta tehnologii de acționare mai bune și robotică soft. În biomimetică, componentele mașinii sunt proiectate să imite mișcarea mușchilor umani, sperăm că le depășesc. 

Roboți în formă biologică

Actuatoarele precum motoarele electrice sunt rigide, ceea ce le limitează abilitățile, astfel încât protezele și actuatoarele biomimetice trebuie să se schimbe pe măsură ce roboții iau o formă mai biologică. 

Noua tehnologie a mușchilor artificiali de înaltă performanță a fost dezvoltată în Laboratorul Dynamic Active Systems al NAU. Lucrarea, publicată în Robotica stiintifica, se intitulează „Mușchi artificiali Cavatappi din tragerea, răsucirea și înfăşurarea tuburilor polimerice. "

Lucrarea a fost scrisă de profesorul asociat Michael Shafer și profesorul Heidi Feigenbaum de la Departamentul de Inginerie Mecanică a NAU. Ei au fost asistați de cercetătorul absolvent Diego Higueras-Ruiz.

„Noi numim acești noi actuatori liniari cavatappi mușchi artificiali pe baza asemănării lor cu pastele italiene”, a spus Shafer.

Mușchi artificiali vs mușchii scheletici umani

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

„Mușchii artificiali cavatappi se bazează pe actuatori de polimeri răsuciți (TPA), care au fost destul de revoluționari când au ieșit pentru prima dată, deoarece erau puternici, ușori și ieftini. Dar erau foarte ineficiente și lent de acționat, deoarece trebuia să le încălziți și să le răciți. În plus, eficiența lor este de doar aproximativ două procente ", a spus Shafer. „Pentru cavatappi, rezolvăm acest lucru folosind lichid sub presiune pentru a acționa, deci credem că aceste dispozitive sunt mult mai susceptibile de a fi adoptate. Aceste dispozitive răspund cam cât de repede putem pompa fluidul. Marele avantaj este eficiența lor. Am demonstrat o eficiență contractilă de până la aproximativ 45%, ceea ce reprezintă un număr foarte mare în domeniul acționării soft. ”

Potrivit inginerilor, această tehnologie ar putea fi utilă în aplicații de robotică moale, actuatoare robotice convenționale și tehnologii de asistență, cum ar fi exoscheletele și protezele. 

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

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

Tehnologiile de acționare biomimetice conforme vor avea implicații mari pe măsură ce continuă să fie dezvoltate. Sunt atât eficiente, cât și puternice atunci când sunt utilizate în sistemele robotice și le pot ajuta să interacționeze, să sporească și, în cele din urmă, să se integreze cu oamenii.