工程师开发高性能人工肌肉技术

北亚利桑那大学（NAU）的工程师开发了一种新型高性能人工肌肉技术，使得更类似人类的运动成为可能。这种柔性和适应性技术在几个指标上表现出超越人类骨骼肌的能力。

研究人员经常依靠生物仿生原理来开发更好的执行技术和软机器人。在生物仿生中，机器组件被设计为模仿人类肌肉的运动，希望超越它们。

具有生物形式的机器人

执行器，如电动机，是刚性的，这限制了它们的能力，因此生物仿生假肢和执行器必须随着机器人变得更加生物化而改变。

这种新型高性能人工肌肉技术是在NAU的动态活性系统实验室开发的。该论文发表在Science Robotics，题为“从绘制、扭曲和缠绕聚合物管中创建的卡瓦塔皮人工肌肉。”

该论文由NAU机械工程系的副教授Michael Shafer和教授Heidi Feigenbaum撰写，他们得到了研究生Diego Higueras-Ruiz的帮助。

“我们称这些新型线性执行器为卡瓦塔皮人工肌肉，因为它们类似于意大利面条，” Shafer说。

人工肌肉与人类骨骼肌肉

这些执行器适合用于生物工程和机器人应用，因为它们的螺旋结构可以产生更多的力量。工程师们证明，卡瓦塔皮人工肌肉表现出比人类骨骼肌肉高10倍和5倍的工作和功率指标。随着它们的继续发展，它们的性能预计会进一步提高。

“卡瓦塔皮人工肌肉基于扭曲聚合物执行器（TPAs），当它们首次推出时相当革命性，因为它们强大、轻便且廉价。但是，它们效率很低，执行速度慢，因为您需要加热和冷却它们。另外，它们的效率只有大约2%。对于卡瓦塔皮，我们通过使用压力液体来执行，从而避免了这个问题。我们认为这些设备更有可能被采用。这些设备的响应速度几乎与我们泵入液体的速度一样快。主要优势是它们的效率。我们已经证明了高达45%的收缩效率，这是在软执行领域的一个很高的数字，” Shafer说。

根据工程师的说法，这项技术可以在软机器人应用、传统机器人执行器和辅助技术（如外骨骼和假肢）中发挥作用。

“我们预计，未来工作将包括在许多应用中使用卡瓦塔皮人工肌肉，因为它们简单、低成本、轻便、柔性、效率高且具有应变能量恢复特性等优点，” Shafer说。

这项新技术现已可供许可和合作，并且目前处于保护和早期商业化阶段。

柔性、生物仿生的执行技术将具有重大影响，因为它们将继续被开发。它们在机器人系统中既高效又强大，可以帮助机器人与人类交互、增强和最终整合。