Инженеры разработали высокопроизводительную технологию искусственной мышцы

Инженеры Северо-Аризонского университета (NAU) разработали новую высокопроизводительную технологию искусственной мышцы, которая позволяет создавать более человеческие движения. Гибкая и адаптивная технология продемонстрировала способность превосходить человеческие скелетные мышцы по нескольким показателям.

Исследователи часто используют принципы биомиметрии для разработки лучших технологий актуации и мягкой робототехники. В биомиметрии компоненты машин проектируются так, чтобы имитировать движение человеческих мышц, надеясь превзойти их.

Роботы в биологической форме

Актуаторы, такие как электрические двигатели, являются жесткими, что ограничивает их возможности, поэтому биомиметические протезы и актуаторы должны меняться, когда роботы принимают более биологическую форму.

Новая высокопроизводительная технология искусственной мышцы была разработана в лаборатории Dynamic Active Systems университета NAU. Статья, опубликованная в Science Robotics, называется «Искусственные мышцы Cavatappi из полимерных труб».

Статья была написана доцентом Майклом Шафером и профессором Хайди Фейгенбаум из кафедры механической инженерии NAU. Им помогал аспирант-исследователь Диего Игерас-Руис.

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

Искусственная мышца против человеческой скелетной мышцы

Актуаторы подходят для биоинженерных и робототехнических применений благодаря своей закрученной структуре, которая генерирует больше мощности. Инженеры продемонстрировали, что искусственные мышцы Cavatappi показывают работу и мощность, в 10 и 5 раз превышающие показатели человеческих скелетных мышц соответственно. По мере продолжения разработки они, как ожидается, еще больше повысят свою производительность.

«Искусственные мышцы Cavatappi основаны на закрученных полимерных актуаторах (TPA), которые были довольно революционными, когда они впервые появились, поскольку они были мощными, легкими и дешевыми. Но они были очень неэффективными и медленными в актуации, поскольку для этого необходимо было нагревать и охлаждать их. Кроме того, их эффективность составляет только около 2%», – сказал Шафер. «Для Cavatappi мы обходим это, используя сжатую жидкость для актуации, поэтому мы считаем, что эти устройства гораздо более вероятно будут приняты. Эти устройства реагируют примерно так же быстро, как мы можем перекачать жидкость. Большое преимущество заключается в их эффективности. Мы продемонстрировали сократительную эффективность до 45%, что является очень высоким показателем в области мягкой актуации».

По мнению инженеров, эта технология может быть полезна в приложениях мягкой робототехники, традиционных робототехнических актуаторах и вспомогательных технологиях, таких как экзоскелеты и протезы.

«Мы ожидаем, что будущая работа будет включать использование искусственных мышц Cavatappi во многих приложениях благодаря их простоте, низкой стоимости, легкости, гибкости, эффективности и свойствам восстановления энергии, среди других преимуществ», – сказал Шафер.

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

Совместные, биомиметические технологии актуации будут иметь большое значение, поскольку они будут продолжать разрабатываться. Они являются одновременно эффективными и мощными при использовании в робототехнических системах и могут помочь им взаимодействовать, дополнять и в конечном итоге интегрироваться с людьми.