Gli ingegneri sviluppano una tecnologia muscolare artificiale ad alte prestazioni
Gli ingegneri della Northern Arizona University (NAU) hanno sviluppato una nuova tecnologia muscolare artificiale ad alte prestazioni che consente un movimento più simile a quello umano. La tecnologia flessibile e adattabile ha dimostrato la capacità di superare il muscolo scheletrico umano in diversi parametri.
I ricercatori spesso fanno affidamento sui principi della biomimetica per sviluppare migliori tecnologie di attuazione e robotica morbida. In biomimetica, i componenti delle macchine sono progettati per imitare il movimento dei muscoli umani, sperando che li superino.
Robot in forma biologica
Gli attuatori come i motori elettrici sono rigidi, il che li limita nelle loro capacità, quindi le protesi biomimetiche e gli attuatori devono cambiare man mano che i robot assumono una forma più biologica.
La nuova tecnologia muscolare artificiale ad alte prestazioni è stata sviluppata nel laboratorio di sistemi attivi dinamici della NAU. Il documento, pubblicato su Science Robotics, è intitolato ” Cavatappi muscoli artificiali dal disegno, torsione e avvolgimento di tubi polimerici “.
Il documento è stato scritto dal professore associato Michael Shafer e dalla professoressa Heidi Feigenbaum del Dipartimento di ingegneria meccanica della NAU. Sono stati assistiti dal ricercatore laureato Diego Higueras-Ruiz.
“Chiamiamo questi nuovi attuatori lineari cavatappi muscoli artificiali in base alla loro somiglianza con la pasta italiana”, ha detto Shafer.
Muscolo artificiale contro muscoli scheletrici umani
Gli attuatori sono adatti per applicazioni di bioingegneria e robotica data la loro struttura a spirale, che genera più potenza. Gli ingegneri hanno dimostrato che i muscoli artificiali di cavatappi mostrano metriche di lavoro e potenza rispettivamente dieci e cinque volte superiori a quelle dei muscoli scheletrici umani. Man mano che continuano a svilupparsi, si prevede che aumenteranno ulteriormente le prestazioni.
“I muscoli artificiali cavatappi si basano su attuatori polimerici intrecciati (TPA), che erano piuttosto rivoluzionari quando sono usciti per la prima volta perché erano potenti, leggeri ed economici. Ma erano molto inefficienti e lenti da attivare perché dovevi riscaldarli e raffreddarli. Inoltre, la loro efficienza è solo del due percento circa “, ha affermato Shafer. “Per i cavatappi, questo problema viene aggirato utilizzando un fluido pressurizzato per l’attivazione, quindi riteniamo che questi dispositivi abbiano molte più probabilità di essere adottati. Questi dispositivi rispondono più velocemente che possiamo pompare il fluido. Il grande vantaggio è la loro efficienza. Abbiamo dimostrato un’efficienza contrattile fino a circa il 45 percento, che è un numero molto alto nel campo dell’attuazione morbida “.
Secondo gli ingegneri, questa tecnologia potrebbe essere utile in applicazioni di robotica morbida, attuatori robotici convenzionali e tecnologie assistive come esoscheletri e protesi.
“Ci aspettiamo che il lavoro futuro includa l’uso di muscoli artificiali cavatappi in molte applicazioni grazie alla loro semplicità, basso costo, leggerezza, flessibilità, efficienza e proprietà di recupero dell’energia da sforzo, tra gli altri vantaggi”, ha detto Shafer.
La nuova tecnologia è disponibile per licenze e partnership ed è ora nella fase di protezione e commercializzazione iniziale.
Le tecnologie di attuazione biomimetiche conformi avranno grandi implicazioni man mano che continuano a essere sviluppate. Sono sia efficienti che potenti se utilizzati in sistemi robotici e possono aiutarli a interagire, aumentare e infine integrarsi con gli esseri umani.
