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Les muscles du robot ‘Cavatappi’ ont 5 fois la force des muscles humains



La technologie « Cavatappi » pourrait surpasser les muscles squelettiques humains dans certains cas.

Les chercheurs ont développé technologie des muscles artificiels qui peut potentiellement surpasser le mouvement humain et être appliquée à la robotique et aux applications biomédicales.

Une équipe d’ingénieurs de la Northern Arizona University a développé le technologie de haute performance, qui, selon eux, permet non seulement de permettre un mouvement de type humain dans certains robots en raison de sa flexibilité et de son adaptabilité, mais même de la surpasser.

Appelant la technologie « muscles artificiels cavatappi » en raison de leur apparence similaire aux pâtes italiennes, la technologie a une structure hélicoïdale enroulée, ce qui leur permet de générer plus de puissance que les technologies comparatives.

En fait, lors des tests, les muscles ont démontré des mesures de travail et de puissance 10 et cinq fois plus élevées, respectivement, que les muscles squelettiques humains, avec un potentiel de performances encore plus élevées, a déclaré Michael Shafer, professeur agrégé à NAU qui a collaboré à la recherche avec le professeur Heidi Feigenbaum et étudiante chercheuse diplômée Diego Higueras-Ruiz au département de génie mécanique de la NAU.

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Michael Shafer, ingénieur en mécanique de la Northern Arizona University (NAU), et Diego Higueras-Ruiz, étudiant diplômé, effectuent une inspection visuelle de leur nouveau bras robotique conforme actionné avec des muscles artificiels cavatappi.

« Compte tenu de la source d’activation hydraulique ou pneumatique, ces dispositifs ont le potentiel de surpasser considérablement les technologies d’actionnement thermiquement activées similaires en ce qui concerne la bande passante d’actionnement, l’efficacité, la modélisation et la contrôlabilité, et la mise en œuvre pratique », ont écrit les chercheurs dans un résumé pour un article publié dans la revue. Robotique scientifique.

Comment ça fonctionne

La technologie pour les muscles est basée sur des actionneurs polymères torsadés (TPA), qui ont historiquement été lents à s’actionner car ils devaient être chauffés et refroidis, et ne fonctionnent qu’à une efficacité d’environ 2%, a expliqué Schafer.

Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont utilisé un fluide sous pression pour actionner les muscles artificiels cavatappi qui sont fabriqués à partir de tubes en polymère bon marché, a-t-il déclaré. « Ces appareils répondent à peu près aussi vite que nous pouvons pomper le fluide », a déclaré Schafer.

L’actionnement fonctionne dès la conception du mouvement des tubes. Tout d’abord, les tubes sont dessinés, ce qui « améliore l’anisotropie de leur microstructure », ont écrit les chercheurs dans le résumé. Ensuite, les tubes sont torsadés, ce qui peut être utilisé comme actionneur de torsion. Pour l’actionnement linéaire, les tubes sont enroulés en hélice.

« Après étirage et torsion, une pression hydraulique ou pneumatique appliquée à l’intérieur du tube entraîne une détorsion localisée de la microstructure hélicoïdale », ont écrit les chercheurs. « Cette détorsion se manifeste par une contraction du pas hélicoïdal pour la configuration enroulée. »

Avantages et utilisation future

Schafer a déclaré que le principal avantage de l’actionnement du muscle artificiel par rapport à une technologie comparable est son efficacité. « Nous avons démontré une efficacité contractile allant jusqu’à environ 45%, ce qui est un nombre très élevé dans le domaine de l’actionnement doux », a-t-il déclaré dans un communiqué de presse.

De plus, le muscle artificiel cavatappi se contracte de plus de 50 pour cent de sa longueur initiale et peut présenter un travail spécifique et une puissance maximale de 0,38 kilojoule par kilogramme et 1,42 kilowatt par kilogramme, respectivement.

L’équipe prévoit de poursuivre son travail pour développer le muscle afin d’obtenir des résultats de performance encore plus élevés à l’avenir, a déclaré Schafer. Les applications pour le muscle incluent non seulement les robots mous, mais aussi l’actionnement robotique plus conventionnel pour les robots marcheurs. Il pourrait également être appliqué à des technologies telles que les exosquelettes ou les prothèses, a-t-il déclaré.

« Nous prévoyons que les travaux futurs incluront l’utilisation de muscles artificiels cavatappi dans de nombreuses applications en raison de leur simplicité, de leur faible coût, de leur légèreté, de leur flexibilité, de leur efficacité et de leurs propriétés de récupération d’énergie, entre autres avantages », a déclaré Shafer.

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