Jednoetapowy proces drukowania przestrzennego sztucznych mięśni

Chociaż postęp technologiczny umożliwił wytwarzanie sztucznych mięśni, które kurczą się w taki sam sposób, jak prawdziwe, nie są one w stanie dorównać pod kątem wszechstronności i precyzji ruchów ludzkim mięśniom. Naukowcy wspierani przez finansowany ze środków UE projekt PROBOSCIS posunęli się o krok naprzód w realizacji tego celu dzięki nowatorskiej konstrukcji drukowanych przestrzennie sztucznych mięśni pneumatycznych. Wyniki ich pracy opublikowano w czasopiśmie „Science Robotics”.

Stworzone przez naukowców siłowniki GRACE (ang. GeometRy-based Actuators that Contract and Elongate), przypominające mięśnie struktury, które mogą się rozprostowywać i kurczyć w zależności od potrzeb wyłącznie za sprawą swojego geometrycznego kształtu, który przypomina wrzeciono z fałdkami. Jak czytamy w artykule zamieszczonym na stronie „Innovation Origins”, liczbę i rodzaj zastosowanych siłowników GRACE może dobrać model matematyczny, w zależności od przeznaczenia i wymaganego zakresu ruchu mięśnia.„Najnowocześniejsze sztuczne mięśnie są już wystarczająco dobre, problemem jest ich montaż i dopasowanie do konkretnych potrzeb. Stworzone przez nas urządzenie oferuje wysoki stopień elastyczności, ponieważ umożliwia dopasowanie sposobu kurczenia i rozprostowywania się do indywidualnych potrzeb. Ponadto siłowniki GRACE pozwalają również na rozciągnięcie mięśnia”, stwierdza w artykule pierwszy autor badania, doktorant Corrado De Pascali z Włoskiego instytutu technologii (Istituto Italiano di Tecnologia), pełniącego rolę koordynatora projektu PROBOSCIS.

Siłowniki GRACE można wytwarzać w różnych rozmiarach i przy użyciu różnych materiałów, co umożliwia uzyskanie szerokiego wachlarza realistycznych ruchów. „Ich rozmiar ogranicza wyłącznie użyta technologia produkcji”, zauważa badacz, tym razem w komunikacje prasowym opublikowanym na portalu „EurekAlert!”. „Można je budować w różnych rozmiarach, zmieniać ich parametry, zarówno pod względem odkształceń, jak i wytrzymałości, a także wytwarzać je przy użyciu różnych materiałów i technologii, nawet już wbudowanych w wytwarzane struktury”. Umożliwia to szybsze i prostsze prototypowanie i produkcję urządzeń opartych na sztucznych mięśniach pneumatycznych.

Zespół projektu zademonstrował wszechstronność swoich siłowników na przykładzie pneumatycznej dłoni, która została wydrukowana przestrzennie w jednym kroku przy użyciu komercyjnej drukarki 3D. Ważąca około 100 gramów i zbliżona wielkością do ludzkiej sztuczna dłoń składa się z 18 siłowników GRACE o różnych kształtach i rozmiarach. W skład każdego palca wchodzą trzy małe siłowniki GRACE. Jak opisano w artykule „Innovation Origins”, gdy mięśnie pneumatyczne są pompowane, pociągają ścięgna, umożliwiając rozprostowywanie i zginanie palców. Ponieważ każdy palec połączony jest z autonomiczną linią pneumatyczną, możliwa jest dezaktywacja każdego z osobna. Dodatkowo nadgarstek składa się z czterech większych siłowników GRACE – po dwa z każdej strony. Dzięki temu do zgięcia palców, obrócenia nadgarstka lub odwrócenia dłoni wystarcza ciśnienie wynoszące zaledwie kilka dziesiątych bara.

Materiałem, który wybrano do wykonania dłoni, jest miękka żywica. W artykule „Innovation Origins” De Pascali wyjaśnia, w jaki sposób wybór materiału wpływa na działanie siłownika: „Zależnie od wybranego włókna zyskujemy różne siły, jakimi może dysponować siłownik GRACE. Sztywniejszy materiał jest w stanie utrzymać wyższe ciśnienie niż miększy, dzięki czemu może podnieść większe ciężary, nawet ponad tysiąc razy cięższe od siebie”.

W ramach projektu PROBOSCIS (Proboscidean sensitive soft robot for versatile gripping) zespół opracowuje robotyczne ramię inspirowane trąbą słonia. Jak mówi badacz, ramię „będzie wykonane z tysięcy siłowników GRACE, a wszystkie zostaną wydrukowane za jednym razem”.

Więcej informacji:

strona internetowa projektu