Інженери розробили технологію високопродуктивної штучної м’язової техніки

Інженери Північного університету Аризони (NAU) розробили нову високопродуктивну штучну м’язову технологію, яка дозволяє здійснювати рух, подібний до людського. Гнучка і адаптивна технологія продемонструвала можливість перевершити людські скелетні м’язи за кількома показниками.

Дослідники часто використовують принципи біомімікрії для розробки кращих технологій актуації і м’якої робототехніки. У біомімікрії компоненти машин проектуються так, щоб вони імітують рух людських м’язів, сподіваючись перевершити їх.

Роботи у біологічній формі

Актуатори, такі як електричні двигуни, є жорсткими, що обмежує їх можливості, тому біомімічні протези і актуатори повинні змінюватися, коли роботи набувають більш біологічної форми.

Нова високопродуктивна штучна м’язова технологія була розроблена в лабораторії Динамічних Активних Систем NAU. Стаття, опублікована в Science Robotics, має назву „Cavatappi штучні м’язи з використанням полімерних труб“.

Статтю написали асоційований професор Майкл Шафер і професор Гайді Фейгенбаум з кафедри механічної інженерії NAU. їм допомагав аспірант- дослідник Дієго Хігерас-Руїз.

“Ми називаємо ці нові лінійні актуатори штучними м’язами cavatappi через їхню схожість з італійською пастою”, – сказав Шафер.

Штучні м’язи проти людських скелетних м’язів

Актуатори підходять для застосування в біоінженерії і робототехніці завдяки своїй закрученій структурі, яка генерує більше потужності. Інженери продемонстрували, що штучні м’язи cavatappi мають показники роботи і потужності в десять і п’ять разів вищі, ніж у людських скелетних м’язів, відповідно. Заходи продовжують розроблятися і повинні ще більше підвищити свою продуктивність.

“Штучні м’язи cavatappi засновані на закрученних полімерних актуаторах (TPA), які були досить революційними, коли вони вперше з’явилися, оскільки вони були потужними, легкими і дешевими. Але вони були дуже неефективними і повільними в актуації, оскільки їх потрібно було нагрівати і охолоджувати. Крім того, їхня ефективність становить лише близько двох відсотків”, – сказав Шафер. “Для cavatappi ми обходимо це, використовуючи пресований рідину для актуації, тому ми вважаємо, що ці пристрої набагато більш ймовірно будуть прийняті. Ці пристрої реагують майже так швидко, як ми можемо нагнітати рідину. Велика перевага полягає в їхній ефективності. Ми продемонстрували контрактильну ефективність до близько 45 відсотків, що є дуже високим показником у сфері м’якої актуації”.

За словами інженерів, ця технологія може бути корисною в застосунках м’якої робототехніки, традиційних робототехнічних актуаторах і допоміжних технологіях, таких як екзоскелети і протези.

“Ми очікуємо, що майбутня робота буде включати використання штучних м’язів cavatappi в багатьох застосунках завдяки їхній простоті, низькій вартості, легкості, гнучкості, ефективності і властивостям відновлення енергії деформації, серед інших переваг”, – сказав Шафер.

Нова технологія доступна для ліцензування і партнерства і зараз перебуває на стадії захисту і ранньої комерціалізації.

Сумісні, біомімічні технології актуації матимуть великі наслідки, коли вони продовжать розвиватися. Вони є ефективними і потужними при використанні в робототехнічних системах і можуть допомогти їм взаємодіяти, посилювати і в кінцевому підсумку інтегруватися з людьми.