Спиральные линейные приводы для мягкой робототехники

Jul 12, 2023

Университет Северной Аризоны, Флагстафф

В области робототехники исследователи постоянно ищут самые быстрые, мощные, эффективные и наименее затратные способы заставить роботов совершать движения, необходимые для выполнения намеченных функций.

Поиск новых и более совершенных исполнительных технологий и «мягкой» робототехники часто основан на принципах биомиметики, в которой компоненты машин проектируются так, чтобы имитировать движение человеческих мышц и, в идеале, превосходить их. Несмотря на производительность таких приводов, как электродвигатели и гидравлические поршни, их жесткая форма ограничивает возможности их применения. По мере того, как роботы переходят к более биологическим формам, а люди требуют большего количества биомиметических протезов, приводы должны развиваться.

Исследователи разработали высокоэффективную технологию искусственных мышц, которая обеспечивает более человеческие движения благодаря своей гибкости и адаптируемости. Они называют приводы искусственными мышцами «каватаппи», из-за их сходства с пастой каватаппи.

Благодаря своей спиральной структуре приводы могут генерировать больше энергии, что делает их идеальной технологией для биоинженерии и робототехники. В первоначальной работе команды они продемонстрировали, что искусственные мышцы каватаппи демонстрируют конкретные показатели работы и мощности в десять и пять раз выше, чем скелетные мышцы человека соответственно, и по мере продолжения разработки они ожидают достижения еще более высоких уровней производительности.

Искусственные мышцы каватаппи основаны на приводах из витого полимера (TPA), которые на момент своего появления были мощными, легкими и недорогими; однако они также были очень неэффективными и медленно срабатывали, поскольку их приходилось нагревать и охлаждать. Кроме того, их эффективность составляет всего около 2 процентов. В новых приводах cavatappi для срабатывания используется жидкость под давлением, что позволяет им реагировать гораздо быстрее; в результате они с гораздо большей вероятностью будут приняты. Они также демонстрируют сократительную эффективность примерно до 45 процентов, что очень высоко в области мягкого воздействия.

Эту технологию можно использовать в приложениях мягкой робототехники, обычных роботизированных приводах, таких как шагающие роботы, или, возможно, в вспомогательных технологиях, таких как экзоскелеты или протезы.

Будущая работа будет включать использование искусственных мышц каватаппи во многих приложениях из-за их простоты, а также низкой стоимости, легкого веса, гибкости, эффективности и свойств восстановления энергии напряжения, а также других преимуществ.

Для получения дополнительной информации свяжитесь с отделом коммуникаций Университета Северной Аризоны по адресу: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра у вас должен быть включен JavaScript.; 928-523-2282.

Эта статья впервые появилась в августовском номере журнала Motion Design Magazine за 2021 год.

Больше статей из этого выпуска читайте здесь.

Больше статей из архива читайте здесь.

ПОДПИСАТЬСЯ