วิศวกรพัฒนาเทคโนโลยีกล้ามเนื้อเทียมประสิทธิภาพสูง

วิศวกรที่ Northern Arizona University (NAU) ได้พัฒนาเทคโนโลยีกล้ามเนื้อเทียมใหม่ที่มีประสิทธิภาพสูง ซึ่งช่วยให้เคลื่อนไหวได้เหมือนมนุษย์มากขึ้น เทคโนโลยีที่ยืดหยุ่นและปรับเปลี่ยนได้นี้แสดงให้เห็นถึงความสามารถที่เหนือกว่ากล้ามเนื้อโครงร่างของมนุษย์ในหลายเมตริก 

นักวิจัยมักอาศัยหลักการของการเลียนแบบทางชีวภาพเพื่อพัฒนาเทคโนโลยีการสั่งงานที่ดีขึ้นและวิทยาการหุ่นยนต์แบบอ่อน ในด้านไบโอมิเมติกส์ ส่วนประกอบของเครื่องจักรได้รับการออกแบบให้เลียนแบบการเคลื่อนไหวของกล้ามเนื้อมนุษย์ โดยหวังว่าจะมีประสิทธิภาพดีกว่าพวกมัน 

หุ่นยนต์ในรูปแบบชีวภาพ

แอ็คทูเอเตอร์ เช่น มอเตอร์ไฟฟ้ามีความแข็ง ซึ่งจะจำกัดความสามารถ ดังนั้นขาเทียมและแอคทูเอเตอร์ที่เลียนแบบทางชีวภาพจึงต้องเปลี่ยนเมื่อหุ่นยนต์มีรูปแบบทางชีวภาพมากขึ้น 

เทคโนโลยีใหม่ของกล้ามเนื้อเทียมที่มีประสิทธิภาพสูงได้รับการพัฒนาในห้องปฏิบัติการ Dynamic Active Systems ของ NAU กระดาษที่ตีพิมพ์ใน วิทยาการหุ่นยนต์, มีชื่อว่า “กล้ามเนื้อเทียม Cavatappi จากการวาด บิด และขดท่อโพลิเมอร์".

บทความนี้เขียนโดยรองศาสตราจารย์ Michael Shafer และศาสตราจารย์ Heidi Feigenbaum จากภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกลของ NAU พวกเขาได้รับความช่วยเหลือจากนักวิจัยนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา Diego Higueras-Ruiz

“เราเรียกกล้ามเนื้อเทียมว่า cavatappi ที่เป็นลิเนียร์แอกทูเอเตอร์เหล่านี้โดยพิจารณาจากความคล้ายคลึงกับพาสต้าของอิตาลี” Shafer กล่าว

กล้ามเนื้อเทียมกับกล้ามเนื้อโครงร่างมนุษย์

แอคทูเอเตอร์เหมาะสำหรับการใช้งานด้านวิศวกรรมชีวภาพและหุ่นยนต์ เนื่องจากโครงสร้างแบบขดทำให้มีกำลังมากขึ้น วิศวกรได้แสดงให้เห็นว่ากล้ามเนื้อเทียม cavatappi แสดงการทำงานและการวัดกำลังที่สูงกว่ากล้ามเนื้อโครงร่างของมนุษย์สิบและห้าเท่าตามลำดับ ในขณะที่พวกเขาพัฒนาต่อไป พวกเขาคาดว่าจะเพิ่มประสิทธิภาพให้สูงขึ้นไปอีก

“กล้ามเนื้อเทียม cavatappi นั้นใช้แอคทูเอเตอร์แบบบิดเกลียว (TPA) ซึ่งค่อนข้างปฏิวัติวงการเมื่อเปิดตัวครั้งแรก เพราะทรงพลัง น้ำหนักเบา และราคาถูก แต่มันไม่มีประสิทธิภาพมากและทำงานช้าเพราะคุณต้องให้ความร้อนและทำให้เย็นลง นอกจากนี้ ประสิทธิภาพของพวกมันยังอยู่ที่ประมาณ 45 เปอร์เซ็นต์เท่านั้น” Shafer กล่าว “สำหรับ cavatappi เราแก้ปัญหานี้ได้โดยการใช้ของไหลที่มีแรงดันเพื่อสั่งงาน ดังนั้นเราจึงคิดว่าอุปกรณ์เหล่านี้น่าจะถูกนำมาใช้มากขึ้น อุปกรณ์เหล่านี้ตอบสนองเร็วที่สุดเท่าที่เราจะปั๊มของเหลวได้ ข้อได้เปรียบที่สำคัญคือประสิทธิภาพของพวกเขา เราได้แสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพการหดตัวสูงถึงประมาณ XNUMX เปอร์เซ็นต์ ซึ่งเป็นตัวเลขที่สูงมากในด้านการกระตุ้นอย่างนุ่มนวล”

วิศวกรกล่าวว่าเทคโนโลยีนี้อาจมีประโยชน์ในการใช้งานหุ่นยนต์แบบอ่อน แอคทูเอเตอร์ของหุ่นยนต์ทั่วไป และเทคโนโลยีช่วยเหลือ เช่น โครงกระดูกภายนอกและอวัยวะเทียม 

“เราคาดว่างานในอนาคตจะรวมถึงการใช้กล้ามเนื้อเทียม cavatappi ในหลายๆ การใช้งาน เนื่องจากความเรียบง่าย ต้นทุนต่ำ น้ำหนักเบา ความยืดหยุ่น ประสิทธิภาพ และคุณสมบัติการกู้คืนพลังงานความเครียด รวมถึงประโยชน์อื่นๆ” Shafer กล่าว

เทคโนโลยีใหม่พร้อมสำหรับการออกใบอนุญาตและการเป็นพันธมิตร และขณะนี้อยู่ในขั้นตอนการป้องกันและเริ่มต้นเชิงพาณิชย์ 

เทคโนโลยีการเลียนแบบทางชีวภาพที่เป็นไปตามข้อกำหนดจะมีนัยสำคัญอย่างมากในขณะที่ยังคงพัฒนาต่อไป พวกมันทั้งมีประสิทธิภาพและทรงพลังเมื่อใช้ในระบบหุ่นยนต์ และพวกมันสามารถช่วยให้พวกมันโต้ตอบ ขยาย และรวมเข้ากับมนุษย์ได้ในที่สุด