Ученые из MIT Media Lab и Политехнического университета Бари разработали новый тип искусственных мышечных волокон. Они предназначены для имитации работы естественных мышц без использования громоздких двигателей или внешних насосов. Разработка может найти применение в робототехнике и носимых устройствах.
Созданные волокна представляют собой электрогидравлические приводы, которые сокращаются и растягиваются подобно биологическим мышцам. В отличие от традиционных роботизированных систем, использующих жесткие двигатели, такая конструкция лучше подходит для взаимодействия с человеком и создания компактных механизмов.
Каждое волокно объединяет два компонента: тонкий гидравлический актуатор Маккиббена и миниатюрный твердотельный насос, работающий за счет электрогидродинамики. Этот насос создает давление внутри герметичной системы без движущихся частей, что исключает необходимость во внешнем гидравлическом оборудовании.
Как отмечают авторы, традиционные гидравлические системы часто тяжелые, громоздкие и шумные, что затрудняет их интеграцию в мобильные устройства. Встроенные насосы миллиметрового размера решают эту проблему: они работают бесшумно и позволяют создавать легкие масштабируемые системы.
Для имитации биологических механизмов волокна располагают антагонистическими парами — когда одно сокращается, другое растягивается, подобно работе бицепсов и трицепсов. Такая конфигурация также позволяет хранить жидкость внутри самой мышечной структуры, избавляя от необходимости во внешнем резервуаре.
Важным условием работы системы является поддержание минимального внутреннего давления, чтобы избежать кавитации — образования пузырьков, нарушающих функцию насоса. Для этого вводится дополнительное давление смещения, регулировка которого позволяет выбирать между скоростью отклика и силой сокращения в зависимости от конкретной задачи.
Разработка устраняет еще одно ограничение классической робототехники: вместо сервомоторов, генерирующих вращательное движение, которое требует преобразования в линейное, новые волокна могут быть распределены по всей конструкции. Это дает возможность создавать более легкие и гибкие системы.
Потенциальные области применения включают экзоскелеты, протезы и мягкие роботизированные системы, где важно безопасное взаимодействие с человеком. Независимые эксперты отмечают, что работа представляет собой шаг вперед в области мягких приводов, особенно благодаря бесшумной работе и отсутствию движущихся частей.
Читайте также: «Напечатанный на 3D-принтере ж/д вокзал был собран роботом за одну ночь».