Naukowcy z Queen Mary University of London dokonali przełomowych postępów w bionice, opracowując nowy elektryczny sztuczny mięsień o zmiennej sztywności. Ta innowacyjna technologia, opublikowana w czasopiśmie Advanced Intelligent Systems, posiada możliwości samodetekcji i może zrewolucjonizować miękką robotykę i zastosowania medyczne. Sztuczny mięsień płynnie przechodzi między stanami miękkimi i twardymi, jednocześnie wyczuwając siły i odkształcenia. Dzięki elastyczności i rozciągliwości podobnej do naturalnych mięśni można go zintegrować ze skomplikowanymi miękkimi systemami robotów i dostosować do różnych kształtów. Dostosowując napięcia, mięsień szybko zmienia swoją sztywność i może monitorować własne odkształcenie poprzez zmiany oporu. Proces produkcji jest prosty i niezawodny, dzięki czemu idealnie nadaje się do szeregu zastosowań, w tym do pomocy osobom niepełnosprawnym lub pacjentom w treningu rehabilitacyjnym.
W badaniu opublikowanym niedawno w Advanced Intelligent Systems, naukowcy z Queen Mary University of London dokonali znaczących postępów w dziedzinie bioniki, opracowując nowy typ sztucznego mięśnia o zmiennej sztywności elektrycznej, który posiada zdolności samoczucia. Ta innowacyjna technologia może zrewolucjonizować robotykę miękką i zastosowania medyczne.
Hartowanie skurczu mięśni jest nie tylko niezbędne do zwiększenia siły, ale także umożliwia szybkie reakcje żywych organizmów. Czerpiąc inspirację z natury, zespół naukowców ze Szkoły Inżynierii i Inżynierii Materiałowej QMUL z powodzeniem stworzył sztuczny mięsień, który płynnie przechodzi między stanami miękkimi i twardymi, a jednocześnie posiada niezwykłą zdolność wyczuwania sił i deformacji.
Dr Ketao Zhang, wykładowca w Queen Mary i główny badacz, wyjaśnia znaczenie technologii zmiennej sztywności w sztucznych siłownikach podobnych do mięśni. „Wzmocnienie robotów, zwłaszcza tych wykonanych z elastycznych materiałów, w możliwości samoczucia to kluczowy krok w kierunku prawdziwej inteligencji bionicznej” – mówi dr Zhang.
Najnowocześniejszy sztuczny mięsień opracowany przez naukowców wykazuje elastyczność i rozciągliwość podobną do naturalnego mięśnia, dzięki czemu idealnie nadaje się do integracji ze skomplikowanymi miękkimi systemami robotów i dopasowuje się do różnych kształtów geometrycznych. Dzięki zdolności do wytrzymywania ponad 200% rozciągnięcia wzdłużnego, ten elastyczny siłownik o pasiastej strukturze wykazuje wyjątkową trwałość.
Stosując różne napięcia, sztuczny mięsień może szybko dostosować swoją sztywność, osiągając ciągłą modulację ze zmianą sztywności przekraczającą 30 razy. Jego napędzany napięciem charakter zapewnia znaczną przewagę pod względem szybkości reakcji nad innymi rodzajami sztucznych mięśni. Ponadto ta nowatorska technologia może monitorować odkształcenia poprzez zmiany rezystancji, eliminując potrzebę stosowania dodatkowych układów czujników i upraszczając mechanizmy kontrolne przy jednoczesnym obniżeniu kosztów.
Proces produkcji tego samoczułego sztucznego mięśnia jest prosty i niezawodny. Nanorurki węglowe są mieszane z ciekłym silikonem za pomocą technologii dyspersji ultradźwiękowej i równomiernie powlekane za pomocą aplikatora foliowego w celu utworzenia cienkowarstwowej katody, która służy również jako część czujnikowa sztucznego mięśnia. Anoda jest wykonywana bezpośrednio przy użyciu miękkiej siatki metalowej, a warstwa uruchamiająca jest umieszczona pomiędzy katodą a anodą. Po utwardzeniu płynnych materiałów powstaje kompletny, samoczuły sztuczny mięsień o zmiennej sztywności.
Potencjalne zastosowania tej elastycznej technologii o zmiennej sztywności są ogromne, od miękkiej robotyki po zastosowania medyczne. Bezproblemowa integracja z ludzkim ciałem otwiera możliwości pomocy osobom niepełnosprawnym lub pacjentom w wykonywaniu podstawowych codziennych czynności. Poprzez zintegrowanie samoczującego sztucznego mięśnia, urządzenia zrobotyzowane do noszenia mogą monitorować aktywność pacjenta i zapewniać opór poprzez dostosowywanie poziomów sztywności, ułatwiając przywrócenie funkcji mięśni podczas treningu rehabilitacyjnego.
„Chociaż nadal istnieją wyzwania, którym należy sprostać, zanim te roboty medyczne będą mogły zostać wdrożone w warunkach klinicznych, badania te stanowią kluczowy krok w kierunku integracji człowiek-maszyna” — podkreśla dr Zhang. „Zapewnia plan przyszłego rozwoju miękkich i nadających się do noszenia robotów”.
Przełomowe badanie przeprowadzone przez naukowców z Queen Mary University of London stanowi ważny kamień milowy w dziedzinie bioniki. Dzięki opracowaniu samoczułych elektrycznych sztucznych mięśni utorowali drogę postępowi w miękkiej robotyce i zastosowaniach medycznych.