Los ingenieros mecánicos desarrollan una tecnología nueva y eficiente para los músculos artificiales

En el campo de la robótica, los científicos buscan constantemente las formas más rápidas, fuertes, eficientes y económicas de activar o permitir que los robots realicen los movimientos necesarios para realizar sus funciones previstas.

Buscando nuevas y mejores puesta en servicio La tecnología y la robótica “blanda” a menudo se basan en los principios de la biomimética, donde los componentes de la máquina están diseñados para imitar los movimientos de los músculos humanos, e idealmente para superarlos. A pesar del rendimiento de actuadores como motores eléctricos y pistones hidráulicos, su forma rígida limita sus opciones de posicionamiento. A medida que los robots adoptan formas más biológicas y las personas piden más prótesis biomiméticas, los actuadores tienen que evolucionar.

El profesor asociado (y graduado) Michael Shafer y la profesora Heidi Feigenbaum del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad del Norte de Arizona, junto con Diego Higueras-Ruiz, han publicado un artículo en Ciencia Robótica presentando una nueva tecnología de alto rendimiento de músculos artificiales, que desarrollaron en el Laboratorio de Sistemas Activos Dinámicos NAU. El artículo titulado “Músculo artificial de Cavatappi al tirar, retorcer y enrollar tubos de polímero” detalla en detalle cómo la nueva tecnología permite más movimiento humano a través de su flexibilidad y adaptabilidad, pero supera al esqueleto humano. músculo en varias métricas.

“A estos nuevos actuadores lineales los llamamos músculos artificiales cavatappi debido a su similitud con la pasta italiana”, dijo Shafer.

Debido a su diseño en espiral o helicoidal, los actuadores pueden generar más potencia, lo que los convierte en una tecnología ideal para aplicaciones de bioingeniería y robótica. En el trabajo inicial del equipo, demostraron que los músculos cavatappi artificiales exhiben índices de potencia y trabajo específicos diez y cinco veces más altos, respectivamente, que los músculos esqueléticos humanos, y con un mayor desarrollo esperan lograr niveles de rendimiento aún más altos.

“Los músculos cavatappi artificiales se basan en actuadores de polímero retorcido (TPA) que fueron bastante revolucionarios cuando aparecieron por primera vez porque eran fuertes, livianos y baratos. Pero eran muy ineficientes y tardaban en arrancar porque tenían que calentarse y enfriarse. Además, su eficiencia es sólo del dos por ciento ”, dijo Shafer. “En el caso de cavatappi, evitamos este problema accionando el fluido bajo presión, por lo que creemos que es mucho más probable que se utilicen estos dispositivos. Estos dispositivos responden tan rápido como podemos bombear líquido. Su eficiencia es una gran ventaja. mostraron una eficiencia de contracción de hasta aproximadamente el 45 por ciento, que es un número muy grande en el campo de la actuación suave “.

Los ingenieros creen que esta tecnología podría usarse en aplicaciones de robótica blanda, robots de actuación convencionales (por ejemplo, robots andantes) e incluso potencialmente en tecnologías de asistencia como exoesqueletos o prótesis.

“Esperamos que el trabajo futuro incluya el uso de cavatappi músculos artificiales en muchas aplicaciones debido a su simplicidad, bajo costo, peso ligero, flexibilidad, eficiencia y propiedades de recuperación de energía de deformación, entre otras ”, dijo Shafer.