Sztuczne mięśnie inspirowane origami dadzą robotom ogromną siłę

Naukowcy z Massachusetts Institute of Technology i Uniwersytetu Harvarda opracowali sztuczne mięśnie, dzięki którym wyposażone w nie roboty będą mogły podnieść ciężar ponad 1000-krotnie przekraczający ich masę.

Sztuczne mięśnie opisane w „Proceedings of National Academy of Science” oferują nowy sposób nadawania miękkim robotom potężnej siły. Tego typu mięśnie mogą być używane wszędzie – od wnętrz naszych ciał do przestrzeni kosmicznej.

Przyjęło się, że roboty są wykonywane z metalu oraz innych twardych materiałów. Chodziło o nadanie im siły i wytrzymałości. Jednak to podejście odchodzi do lamusa. Roboty muszą również być wykonane z miękkich, elastycznych części, aby poradzić sobie z trudno dostępnymi miejscami, nawigować w nieprzewidywalnych środowiskach i bezpiecznie wchodzić w interakcje z ludźmi.

W ostatnich latach inżynierowie eksperymentowali z różnymi miękkimi i dostatecznie wytrzymałymi materiałami przy produkcji robotów. Jednak wszystkie miały jedną podstawową wadę. Zwiększona elastyczność w większości przypadków skutkowała mniejszą siłą robota, co z kolei ograniczało możliwości ich zastosowania.

Wynalazek amerykańskich naukowców rozwiązuje ten problem. Inżynierowie zainspirowani origami opracowali sztuczne mięśnie wykonane ze szkieletu z tworzywa sztucznego, który pokryty jest elastyczną osłoną podobną do skóry. Wewnątrz znajduje się płyn lub powietrze. Stosując przy tym elektryczną pompę, można obniżyć ciśnienie wewnątrz „skóry”, co da efekt podobny do skurczu mięśni.

Tradycyjna, japońska sztuka składania papieru pomogła badaczom uzyskać odpowiedni schemat składania się sztucznego mięśnia. Zaprojektowali oni złożone struktury przeznaczone specjalnie do skracania, zwijania, skręcania się lub zginania do określonych kształtów.

Opracowane rozwiązanie jest niezwykle efektywne. Badacze twierdzą, że ich mięśnie są lepsze od mięśni ssaków. Pojedynczą strukturę sztucznego mięśnia można zbudować w około 10 minut. Jeden taki sztuczny mięsień ważący 2,6 grama, może podnieść ładunek ważący 3 kilogramy. Roboty wyposażone w takie mięśnie będą mogły podnosić ogromne ciężary wielokrotnie przekraczające ich własną masę.

Mimo tak dużej siły, mięśnie zachowują elastyczność. Mogą redukować swoje rozmiary. Mięśnie można wykonać z ogólnodostępnych materiałów, które kosztują około jednego dolara.

– Sztuczne siłowniki były jednym z największych wyzwań inżynieryjnych. Teraz, gdy stworzyliśmy siłowniki o właściwościach zbliżonych do naturalnych mięśni, możemy wyobrazić sobie zbudowanie prawie dowolnego robota do niemal każdego zadania – powiedział Rob Wood z Uniwersytetu Harvarda, który był zaangażowany w badania.

 

 

Źródło: Techcrunch, Los Angeles Times, fot. Shuguang Li / Wyss Institute at Harvard University