Бионический прорыв: революционное «я»
Лондонский университет королевы Марии, 17 июля 2023 г.
Электрическая самочувствительная искусственная мышца с переменной жесткостью. Авторы и права: Чэнь Лю и др. др., Передовая интеллектуальная система
Исследователи из Университета Королевы Марии разработали самочувствительную искусственную мышцу с переменной жесткостью, которая имитирует естественные характеристики мышц. Этот прорыв имеет серьезные последствия для мягкой робототехники и медицинских приложений, приближая на шаг ближе к интеграции человека и машины.
В исследовании, опубликованном 8 июля в журнале Advanced Intelligent Systems, исследователи из Лондонского университета Королевы Марии добились значительных успехов в области бионики, разработав новый тип электрических искусственных мышц с переменной жесткостью, обладающих способностью самочувствия. Эта инновационная технология может произвести революцию в мягкой робототехнике и медицинских приложениях.
Укрепление мышечных сокращений не только важно для увеличения силы, но и обеспечивает быструю реакцию в живых организмах. Вдохновляясь природой, команда исследователей из Школы инженерии и материаловедения QMUL успешно создала искусственную мышцу, которая плавно переходит между мягким и твердым состояниями, а также обладает замечательной способностью чувствовать силы и деформации.
Доктор Кетао Чжан, преподаватель Queen Mary и ведущий исследователь, объясняет важность технологии переменной жесткости в искусственных мускулоподобных приводах. «Наделение роботов, особенно изготовленных из гибких материалов, возможностями самоощущения — это важнейший шаг на пути к настоящему бионическому интеллекту», — говорит доктор Чжан.
Новейшая искусственная мышца, разработанная исследователями, демонстрирует гибкость и растяжимость, аналогичную естественной мышце, что делает ее идеальной для интеграции в сложные мягкие роботизированные системы и адаптации к различным геометрическим формам. Этот гибкий актуатор с полосатой структурой способен выдерживать растяжение более 200% по длине и демонстрирует исключительную долговечность.
Применяя различные напряжения, искусственная мышца может быстро регулировать свою жесткость, достигая непрерывной модуляции с изменением жесткости более чем в 30 раз. Его природа, управляемая напряжением, обеспечивает значительное преимущество с точки зрения скорости реакции по сравнению с другими типами искусственных мышц. Кроме того, эта новая технология может отслеживать его деформацию посредством изменения сопротивления, устраняя необходимость в дополнительных датчиках и упрощая механизмы управления, одновременно снижая затраты.
Процесс изготовления этой самочувствящейся искусственной мышцы прост и надежен. Углеродные нанотрубки смешиваются с жидким силиконом с использованием технологии ультразвукового диспергирования и равномерно покрываются с помощью пленочного аппликатора для создания тонкослойного катода, который также служит чувствительной частью искусственной мышцы. Анод изготавливается непосредственно с использованием выреза из мягкой металлической сетки, а активирующий слой помещается между катодом и анодом. После отверждения жидких материалов формируется полноценная самочувствительная искусственная мышца переменной жесткости.
Потенциальные области применения этой гибкой технологии переменной жесткости обширны: от мягкой робототехники до медицинских применений. Полная интеграция с человеческим телом открывает возможности для помощи людям с ограниченными возможностями или пациентам в выполнении основных повседневных задач. За счет интеграции самочувствительных искусственных мышц носимые роботизированные устройства могут контролировать деятельность пациента и обеспечивать сопротивление, регулируя уровень жесткости, способствуя восстановлению функций мышц во время реабилитационных тренировок.
«Хотя еще предстоит решить проблемы, прежде чем этих медицинских роботов можно будет использовать в клинических условиях, это исследование представляет собой решающий шаг на пути к интеграции человека и машины», — подчеркивает доктор Чжан. «Это обеспечивает основу для будущего развития мягких и носимых роботов».
Инновационное исследование, проведенное исследователями из Лондонского университета Королевы Марии, знаменует собой важную веху в области бионики. Разработав самочувствящие электрические искусственные мышцы, они проложили путь к достижениям в области мягкой робототехники и медицинских приложений.