Новости 2 июля 2024

Инженеры показали мощный портативный двигатель для искусственных мышц

Далее

Исследователи с кафедры механической и аэрокосмической инженерии Университета штата Северная Каролина разработали легкий жидкостный двигатель для питания «мягких роботов» - устройств, имитирующих мышцы. Отличительной особенностью нового двигателя является его способность генерировать значительное усилие без подключения к внешнему источнику питания. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Advanced Intelligent Systems.

Так называемые «мягкие роботы» (soft robots) представляют собой гидравлические или пневматические устройства, имитирующие поведения мышц. Их используют в основном для реабилитации людей после травм рук или ног.

Перед исследователями стояла задача решить две ключевые проблемы подобных устройств разом. Большинство жидкостных двигателей  для «мягких роботов» физически подключены к внешнему источнику питания (например, к воздушному компрессору), что существенно ограничивает их применимость. С другой стороны, все предыдущие жидкостные двигатели для «мягких роботов», не имеющие подключения к внешним источникам питания, выдавали недостаточно мощности.

Новый двигатель американских инженеров решает обе этих проблемы — он не привязан к внешнему источнику, но при этом может генерировать усилие до 580 ньютонов.

Слева — традиционная схема двигателя для искусственных мышц, справа — новое портативное решение. Иллюстрация Университета Северной Каролины.

Новый двигатель работает за счет нагнетания масла в камеру «мягкого робота» и его удаления из нее, в результате чего устройство работает как искусственная мышца, то сокращаясь, то расслабляясь. Насос жидкостного двигателя приводится в действие мотором с высоким крутящим моментом, работающим на батарейках, что позволяет ему создавать значительное давление. Это, в свою очередь, обеспечивает искусственной мышце значительное усилие.

Составные части нового жидкостного двигателя с указанием массы компонентов. Иллюстрация Университета Северной Каролины.

Вся конструкция весит 1,6 кг и обеспечивает следующие показатели: давление — до 0,75 Мпа, усилие — до 580 Н, плотность силы — до 360 Н/кг., максимальная эффективность (мотор — насос) — 15%.

Презентация изобретения от Университета Северной Каролины.

Для сравнения, мышечная система здорового человека весом 71 кг. способна создавать пиковое усилие при сгибании колена до 210 Н, при движении бедра — до 240 Н, а при движении лодыжки — до 394 Н.

Варианты ношения нового двигателя, а также результаты силовых испытаний и тестов на прочность. Иллюстрация Университета Северной Каролины.

В итоге искусственная мышца диаметром 18 мм при помощи нового двигателя способна поднять предмет весом 20 кг, а также, работая под давлением в 0,3 МПа, выдержать вес вилочного погрузчика (4 тонны) и три удара молотком без каких-либо побочных эффектов.

Обложка — скриншот видео Университета Северной Каролины