Elastyczne sztuczne mięśnie humanoidalnych robotów

Zostały opracowane elastyczne sztuczne mięśnie, które mogą pomóc robotom w dokładniejszym poruszaniu się naśladując ludzkie mięśnie.

Inżynierowie z Northwestern University opracowali typ miękkich, elastycznych urządzeń zwanych siłownikami, które naśladują ruch ludzkich mięśni, co może wprowadzić zmiany w  konstrukcji robotów. Dzięki ich innowacji roboty mogą stać się bezpieczniejsze i bardziej przystosowane do pracy w środowisku ludzkim.

Siłowniki opracowane wykonane są z taniego i powszechnie dostępnego gumowego materiału, co obniża koszt produkcji do około 3 dolarów za sztukę, wykluczając niewielki silnik potrzebny do napędzania zmiany kształtu siłownika. Dla porównania, tradycyjne, sztywne siłowniki używane w robotyce często kosztują setki lub tysiące dolarów. Nowe siłowniki mogą być używane do budowy tanich, miękkich robotów, które są bezpieczniejsze i bardziej praktyczne w codziennych zastosowaniach.

W przeciwieństwie do tradycyjnych, sztywnych siłowników, nowe siłowniki zainspirowane są ludzkimi mięśniami, które kurczą się i usztywniają jednocześnie. Aby to osiągnąć, zespół naukowców wykorzystał technologię druku 3D do stworzenia cylindrycznych struktur zwanych „handed shearing auxetics” (HSAs) z gumy. Złożone struktury, kiedy są skręcane, rozciągają się i rozszerzają, co umożliwia unikalne ruchy.

Podczas testów siłowniki były używane do stworzenia cylindrycznego, robota przypominającego robaka oraz sztucznego bicepsa. Robot z powodzeniem poruszał się w wąskich, zakręconych przestrzeniach, a sztuczny biceps potrafił podnieść ciężar 500 gramów 5000 razy z rzędu bez awarii. Ta wytrzymałość i elastyczność pokazuje potencjał nowych siłowników w różnych zastosowaniach.

Kluczowym elementem w tworzeniu nowych siłowników była możliwość drukowania HSAs z termoplastycznego poliuretanu, powszechnie stosowanego w obudowach telefonów komórkowych. Wcześniejsze wersje siłowników były drukowane z użyciem droższych drukarek 3D i sztywnych żywic plastikowych, co ograniczało ich elastyczność. Nowe, miękkie HSAs drukowane na tańszych drukarkach 3D są bardziej wytrzymałe i elastyczne.

Aby uruchomić nowe siłowniki, naukowcy dodali miękkie, rozciągliwe miechy gumowe, które działają jak deformowalny, obracający się wał. Silnik obraca miechy, co powoduje wydłużenie siłownika. Dzięki temu jeden silnik może napędzać pojedynczy siłownik, co upraszcza proces konstrukcji i użytkowania.

Nowe siłowniki mają szerokie zastosowanie w robotyce. Można je zintegrować z różnymi systemami robotycznymi, co czyni je bardziej uniwersalnymi. Na przykład, robot przypominający robaka, zbudowany z jednego siłownika, poruszał się samodzielnie, naśladując ruchy mięśni.

Ważnym aspektem nowych siłowników jest ich zdolność do zwiększania sztywności podczas rozciągania, co naśladuje działanie ludzkich mięśni. Większość miękkich siłowników staje się bardziej miękka podczas użytkowania, ale nowe siłowniki stają się sztywniejsze, co pozwala na skuteczniejsze przenoszenie siły i wykonywanie zadań.

Nowe siłowniki opracowane przez inżynierów z Northwestern University stanowią znaczący krok naprzód w dziedzinie robotyki. Dzięki inspiracji ludzkimi mięśniami, wykorzystaniu tanich materiałów i technologii druku 3D, możliwe jest tworzenie bezpieczniejszych, bardziej elastycznych i uniwersalnych robotów. Nowoczesne siłowniki mogą znaleźć zastosowanie w wielu dziedzinach, od medycyny po przemysł, przyczyniając się do rozwoju robotyki i jej integracji w codziennym życiu.

Szymon Ślubowski