Инженеры-механики разрабатывают новую высокоэффективную технологию искусственных мышц

В области робототехники исследователи постоянно ищут самые быстрые, самые мощные, наиболее эффективные и недорогие способы приведения в действие или предоставления роботам возможности совершать движения, необходимые для выполнения их предполагаемых функций.


Поиск новых и более совершенных технологий срабатывания и «мягкой» робототехники часто основан на принципах биомиметики, в которой компоненты машин предназначены для имитации движения человеческих мышц — а в идеале — для их превосходства. Несмотря на производительность таких приводов, как электродвигатели и гидравлические поршни, их жесткая форма ограничивает возможности их развертывания. По мере перехода роботов к более биологическим формам и по мере того, как люди просят больше биомиметических протезов, исполнительные механизмы должны развиваться.

Доцент (и выпускник) Майкл Шафер и профессор Хайди Фейгенбаум факультета машиностроения Университета Северной Аризоны вместе с аспирантом-исследователем Диего Игуэрас-Руис опубликовали статью в Научная робототехника представляет новую высокоэффективную технологию искусственных мышц, разработанную в Лаборатории динамических активных систем НАУ. В документе, озаглавленном «Искусственные мышцы Каватаппи от вытягивания, скручивания и свертывания полимерных трубок», подробно описывается, как новая технология обеспечивает более человеческие движения благодаря своей гибкости и адаптивности, но превосходит человеческие скелетные мышцы по нескольким параметрам.

«Мы называем эти новые линейные приводы cavatappi искусственными мышцами из-за их сходства с итальянской пастой», — сказал Шафер.

Благодаря спиральной или спиральной конструкции приводы могут генерировать больше энергии, что делает их идеальной технологией для приложений биоинженерии и робототехники. В своей первоначальной работе команда продемонстрировала, что искусственные мышцы каватаппи демонстрируют удельные показатели работы и мощности в десять и пять раз выше, чем у человеческих скелетных мышц, соответственно, и по мере продолжения развития они ожидают еще более высоких уровней производительности.

«Искусственные мышцы cavatappi основаны на скрученных полимерных приводах (TPA), которые были довольно революционными, когда они впервые появились, потому что они были мощными, легкими и дешевыми. Но они были очень неэффективными и медленными в работе, потому что их нужно было нагревать и охлаждать. Кроме того, их эффективность составляет всего около двух процентов », — сказал Шафер. «В случае с cavatappi мы можем обойти это, используя жидкость под давлением для приведения в действие, поэтому мы думаем, что эти устройства будут использоваться гораздо чаще. Эти устройства реагируют примерно так же быстро, как мы можем перекачивать жидкость. Большим преимуществом является их эффективность. Мы продемонстрировали сократительную эффективность примерно до 45 процентов, что является очень высоким показателем в области мягкого срабатывания «.

Инженеры считают, что эту технологию можно использовать в приложениях мягкой робототехники, обычных роботизированных приводах (например, для шагающих роботов) или даже потенциально во вспомогательных технологиях, таких как экзоскелеты или протезы.

«Мы ожидаем, что будущая работа будет включать использование искусственных мышц каватаппи во многих сферах применения благодаря их простоте, низкой стоимости, легкому весу, гибкости, эффективности и свойствам восстановления энергии деформации, а также другим преимуществам», — сказал Шафер.

Технология доступна для лицензирования, возможности партнерства.