VIDEO: Električno pokretana umjetna mišićna vlakna

Mišići su izvanredno učinkoviti sustavi za generiranje kontrolirane sile, a inženjeri koji razvijaju hardver za robote ili proteze dugo se bore sa stvaranjem analoga koji se mogu približiti njihovoj jedinstvenoj kombinaciji snage, brzog odgovora, skalabilnosti i kontrole.

Sada su istraživači u MIT Media Labu i Politecnico di Bari u Italiji razvili umjetna mišićna vlakna koja se približavaju mnogim od tih kvaliteta.

Poput vlakana koja se skupljaju u biološke mišiće, ova vlakna mogu se rasporediti u različitim konfiguracijama kako bi se zadovoljili zahtjevi određenog zadatka. Za razliku od konvencionalnih robotskih aktuacijskih sustava, dovoljno su prilagodljiva da se udobno povezuju s ljudskim tijelom i rade tiho bez motora, vanjskih pumpi ili druge glomazne potporne opreme.

Novi elektrofluidni vlaknasti mišići, električno pokretani aktuatori izgrađeni u vlaknastom formatu, opisani su u nedavnom radu objavljenom u  časopisu Science Robotics.

Novi sustav spaja dvije tehnologije. Jedna je fluidno pokretani umjetni mišić poznat kao tanki McKibbenov aktuator, a druga je minijaturizirana pumpa u čvrstom stanju temeljena na elektrohidrodinamici (EHD), koja može generirati tlak unutar zatvorenog odjeljka za tekućinu bez pokretnih dijelova ili vanjskog dovoda tekućine, kao što možete vidjeti u ovom videu.

Do sada se većina fluidnih mekih aktuatora oslanjala na vanjsku tešku, glomaznu, često bučnu hidrauličku infrastrukturu, što otežava integraciju u sustave gdje je važna mobilnost ili kompaktan, lagan dizajn. To je stvorilo temeljno usko grlo u praktičnoj upotrebi fluidnih aktuatora u stvarnim primjenama.

Ključ za probijanje tog uskog grla bila je upotreba integriranih pumpi temeljenih na elektrohidrodinamičkim principima. Ove milimetarske, električno pokretane pumpe stvaraju tlak i protok ubrizgavanjem naboja u dielektričnu tekućinu, stvarajući ione koji vuku tekućinu sa sobom. Teške samo nekoliko grama svaka i ne puno deblje od čačkalice, mogu se kontinuirano proizvoditi i lako skalirati.

Ključna strategija dizajna bila je uparivanje ovih vlakana u ono što je poznato kao antagonističke konfiguracije. Ovdje se jedan mišić kontrahira dok se drugi izdužuje, kao kada savijete ruku i vaš biceps se kontrahira dok se vaš triceps isteže. U novom sustavu, milimetarska pumpa vlakana nalazi se između dva McKibben aktuatora slične veličine, tjerajući tekućinu u jedan aktuator da ga kontrahira, a istovremeno opušta drugi.

Još jedno ključno otkriće bilo je da mišićna vlakna treba prethodno natlakirati, a ne jednostavno napuniti, a kako bi spriječili kavitaciju, od samog su početka primjenjivali „pristrani“ tlak tako da tlak na ulazu vlaknaste pumpe nikada ne padne ispod tlaka pare tekućine. Veličina ovog pristranog tlaka može se prilagoditi ovisno o primjeni.

Ovi elektrofluidni mišići mogu biti posebno korisni za nosive primjene, poput egzoskeleta koji pomažu osobi da podiže teže terete ili pomoćnih uređaja koji vraćaju ili povećavaju spretnost.