Forskare utvecklar banbrytande självavkännande konstgjord muskel

Forskare från Queen Mary University of London har tagit ett exceptionellt steg framåt inom bionikområdet genom att utveckla en ny elektrisk konstgjord muskel med variabel styvhet med självavkännande egenskaper. Denna revolutionerande teknik, som avslöjas i Advanced Intelligent Systems, har potential att förändra områdena mjuk robotik och medicinska tillämpningar. Med förmågan att enkelt växla mellan mjuka och hårda tillstånd samtidigt som den känner av krafter och deformationer, efterliknar denna konstgjorda muskel flexibiliteten och sträckbarheten hos naturlig muskel, vilket underlättar integration i komplexa mjuka robotsystem och anpassning till olika former.

Variabel-Styvhetsteknologi och Dess Potential

“Att utrusta robotar, särskilt de som tillverkas av flexibla material, med självavkännande egenskaper är ett avgörande steg mot sann bionisk intelligens,” säger Dr. Ketao Zhang, den ledande forskaren och föreläsaren vid Queen Mary.

Den nya konstgjorda muskeln som utvecklats av forskarteamet visar en anmärkningsvärd hållbarhet med en sträckförmåga som överstiger 200% i längdriktningen, vilket gör den till en utmärkt kandidat för olika tillämpningar.

Denna konstgjorda muskels styvhet kan snabbt ändras genom att justera spänningar, vilket uppnår kontinuerlig modulering med en mer än 30-faldig förändring av styvheten. Denna spänningsdrivna funktion ger en betydande fördel i termer av svarshastighet jämfört med andra konstgjorda muskler. Dessutom kan muskeln övervaka sin egen deformation genom resistansförändringar, vilket eliminerar behovet av separata sensoranordningar, förenklar kontrollmekanismer och minskar kostnader.

Enkel Tillverkning och Omfattande Tillämpningar

Tillverkningsprocessen för denna självavkännande konstgjorda muskel är enkel och tillförlitlig. Kolnanorör blandas med flytande silikon med hjälp av ultraljudsblandningsteknik och sedan jämnt belagda för att skapa en tunn skiktad katod, som också fungerar som den känsliga delen av den konstgjorda muskeln. Efter att de flytande materialen har härdats, bildas en komplett självkänslig konstgjord muskel med variabel styvhet.

De potentiella tillämpningarna av denna flexibla variabel-styvhetsteknologi är omfattande och sträcker sig från mjuk robotik till medicinska tillämpningar. Denna teknikens sömlösa integration med den mänskliga kroppen öppnar upp möjligheter för att hjälpa personer med funktionshinder eller patienter att utföra viktiga dagliga uppgifter. Genom att integrera den självavkännande konstgjorda muskeln kan bärbara robotenheter övervaka en patients aktivitet och ge motstånd genom att justera styvhet, vilket underlättar återställning av muskelfunktion under rehabiliteringsträning.

Dr. Zhang betonar betydelsen av denna forskning och säger: “Medan det fortfarande finns utmaningar att övervinna innan dessa medicinska robotar kan distribueras i kliniska miljöer, representerar denna forskning ett avgörande steg mot människa-maskin integration. Den tillhandahåller en ritning för den framtida utvecklingen av mjuka och bärbara robotar.”

Den banbrytande studien som utfördes av forskare vid Queen Mary University of London representerar ett betydande milstolpe inom bionikområdet. Utvecklingen av självavkännande elektriska konstgjorda muskler skapar förutsättningar för framsteg inom mjuk robotik och medicinska tillämpningar, vilket markerar ett avgörande steg mot att förverkliga potentialen hos bionisk teknik.