Drukowane 3D mięśnie rewolucją miękkiej robotyki

0

W sferze robotyki od dawna wykorzystywane są mechanizmy hydrauliczne bądź silniki. Są to rozwiązania raczej mało efektywne w stosunku do kosztów i zajmowanej przestrzeni. Ich użycie ograniczone jest rozmiarem robota, jak i jego zastosowaniem. Jest jednak jedna gałąź tej dziedziny, która ostatnimi czasy przeżywa prawdziwą rewolucję – mowa tu o tak zwanej „miękkiej robotyce”, wykorzystującej wszelkiej maści hydrożele i polimery zdolne do kurczenia się pod wpływem różnych czynników.

Trudno również przeoczyć coraz częściej spotykaną tendencję naukowców do tworzenia niemalże człekokształtnych robotów o ruchach jak najbliższych motoryce człowieka, zarówno pod względem ruchów zgrubnych, jak chód, jak i bardziej dokładnych – jak manipulacja przedmiotami.

Naukowcy z Wydziału Mechaniczno-Technologicznego Uniwersytetu w Kolumbii pracują obecnie nad stworzeniem syntetycznego mięśnia za pomocą drukarki 3D. Badania są ufundowane przez Ministerstwo Obrony Izraela. Dotychczasowe osiągnięcia wskazują, że stworzony przez nich system posiada trzykrotnie większą siłę niż ludzki mięsień, przy jednoczesnej mniejszej gęstości. Syntetyczny mięsień jest zdolny do podniesienia tysiąckrotności własnej masy.

Rewolucyjny okazał się tutaj zastosowany materiał, czyli mieszanka elastomeru silikonowego z etanolem. Mieszanka ta nadaje się do druku 3D, dzięki czemu możliwe jest nadanie pożądanego kształtu i układu włókien. Silikon zapewnia elastyczność, podczas gdy etanol,  zawieszony w postaci mikropęcherzyków w macierzy silikonowej, zapewnia rozszerzalność. Pod wpływem prądu o napięciu 8V przepływającego przez połączony z wydrukiem kabel, etanol rozgrzewa się do temperatury 80oC zmieniając swój stan skupienia i gwałtownie zwiększając swoją objętość. Syntetyczny mięsień wówczas zwiększa swoją średnicę, jednocześnie skracając się – ulega więc skurczowi podobnie, jak prawdziwa tkanka mięśniowa.

Sztuczny mięsień, poza dużą, a wciąż rozwijaną efektywnością, zapewnia wysoką precyzję ruchu, jednocześnie pozostając tanim i łatwym w produkcji. Naukowcy pracują nad zwiększeniem trwałości zastosowanego materiału, a także nad ulepszeniem czasu reakcji na bodźce elektryczne. Opracowywane są również metody zwiększenia dokładności ruchów, na przykład przez zwiększenie ilości osobno sterowanych małych wiązek mięśni – tak, jak dzieje się to w ludzkim ciele, gdzie w zależności od wymaganej do działania siły pobudzane do skurczu są kolejne partie mięśnia, a także mięśnie otaczające, również te antagonistyczne.

W badaniu, poza autorską drukarką wykorzystaną do tworzenia syntetycznych mięśni, wykorzystano również do produkcji konstrukcji robotów Ultimakera 2+ (saneczkowy robot, materiał: PLA) oraz uPrint od Stratasysa (robot czworoboczny, materiał: ABS). Konstrukcje te następnie wykorzystano do badania właściwości sztucznego mięśnia.

System ten jest obecnie najbliższym prawdziwemu mięśniowi, co jesteśmy w stanie stworzyć. Może znaleźć zastosowanie w małych, bądź wysokoprecyzyjnych robotach, istnieją również plany połączenia człekokształtnego robota wyposażonego w syntetyczne mięśnie ze sztuczną inteligencją, co może się okazać przelomem w pracach nad naśladowaniem przez roboty „naturalnych” ruchów, a zwłaszcza chodu.

Źródło: publikacja źródłowa via 3dprint.com

Udostępnij.

O autorze

Studentka kierunku lekarskiego. Od kilku lat pośrednio związana z branżą FDM. Wbrew pozorom, pisze nie tylko o druku 3D w medycynie.