Инженеры разрабатывают высокоэффективную технологию искусственной мускулатуры

Инженеры из Университета Северной Аризоны (НАУ) разработали новую высокопроизводительную технологию искусственных мышц, которая позволяет двигаться больше, чем человек. Гибкая и адаптируемая технология продемонстрировала способность превосходить скелетные мышцы человека по нескольким параметрам. 

Исследователи часто полагаются на принципы биомиметики для разработки лучших технологий срабатывания и мягкой робототехники. В биомиметике компоненты машин разработаны так, чтобы имитировать движения человеческих мышц, и мы надеемся, что они превзойдут их. 

Роботы в биологической форме

Приводы, такие как электродвигатели, жесткие, что ограничивает их возможности, поэтому биомиметические протезы и приводы должны меняться по мере того, как роботы приобретают более биологическую форму. 

Новая высокопроизводительная технология искусственных мышц была разработана в Лаборатории динамических активных систем НАУ. Бумага, опубликованная в научная робототехника, называется «Искусственные мышцы Каватаппи из вытягивания, скручивания и скручивания полимерных трубок.".

Статья была написана доцентом Майклом Шафером и профессором Хайди Фейгенбаум с кафедры машиностроения НАУ. Им помогал аспирант-исследователь Диего Игерас-Руис.

«Мы называем эти новые линейные приводы« каватаппи »искусственными мышцами из-за их сходства с итальянской пастой», - сказал Шафер.

Искусственные мышцы против человеческих скелетных мышц

Приводы подходят для применения в биоинженерии и робототехнике, учитывая их спиральную структуру, которая генерирует больше энергии. Инженеры продемонстрировали, что искусственные мышцы каватаппи демонстрируют показатели работы и мощности в десять и пять раз выше, чем скелетные мышцы человека соответственно. Ожидается, что по мере их дальнейшего развития их производительность будет еще выше.

«Искусственные мышцы cavatappi основаны на скрученных полимерных приводах (TPA), которые были довольно революционными, когда они впервые появились, потому что они были мощными, легкими и дешевыми. Но они были очень неэффективными и срабатывали медленно, потому что их приходилось нагревать и охлаждать. Кроме того, их эффективность составляет всего около двух процентов », - сказал Шафер. «В случае с cavatappi мы можем обойти это, используя жидкость под давлением для приведения в действие, поэтому мы думаем, что эти устройства с гораздо большей вероятностью будут приняты. Эти устройства реагируют примерно так же быстро, как мы можем перекачивать жидкость. Большим преимуществом является их эффективность. Мы продемонстрировали сократительную эффективность примерно до 45 процентов, что является очень высоким показателем в области мягкого срабатывания ».

По словам инженеров, эта технология может быть полезна в приложениях мягкой робототехники, обычных роботизированных приводах и вспомогательных технологиях, таких как экзоскелеты и протезы. 

«Мы ожидаем, что будущая работа будет включать использование искусственных мышц каватаппи во многих областях благодаря их простоте, низкой стоимости, легкому весу, гибкости, эффективности и свойствам восстановления энергии деформации, а также другим преимуществам», - сказал Шафер.

Новая технология доступна для лицензирования и партнерства, и сейчас она находится на стадии защиты и ранней коммерциализации. 

Соответствующие требованиям биомиметические технологии срабатывания будут иметь большое значение, поскольку они продолжают развиваться. Они эффективны и мощны при использовании в роботизированных системах, и они могут помочь им взаимодействовать, дополнять и, в конечном итоге, интегрироваться с людьми.