Attuatori lineari a spirale per robotica morbida

Jul 12, 2023

Università dell'Arizona settentrionale, Flagstaff

Nel campo della robotica, i ricercatori sono continuamente alla ricerca dei modi più veloci, più potenti, più efficienti e più economici per azionare i robot affinché eseguano i movimenti necessari per svolgere le funzioni previste.

La ricerca di nuove e migliori tecnologie di attuazione e di robotica “morbida” si basa spesso sui principi della biomimetica, in cui i componenti della macchina sono progettati per imitare il movimento dei muscoli umani e, idealmente, per superarli. Nonostante le prestazioni di attuatori come motori elettrici e pistoni idraulici, la loro forma rigida limita il modo in cui possono essere utilizzati. Man mano che i robot passano a forme più biologiche e le persone chiedono sempre più protesi biomimetiche, gli attuatori devono evolversi.

I ricercatori hanno sviluppato una tecnologia muscolare artificiale ad alte prestazioni che consente movimenti più simili a quelli umani grazie alla sua flessibilità e adattabilità. Chiamano gli attuatori "cavatappi" muscoli artificiali, in base alla loro somiglianza con la pasta cavatappi.

Grazie alla loro struttura a spirale (elicoidale), gli attuatori possono generare più potenza, rendendoli una tecnologia ideale per applicazioni di bioingegneria e robotica. Nel lavoro iniziale del team, hanno dimostrato che i muscoli artificiali cavatappi mostrano parametri di lavoro e potenza specifici dieci e cinque volte superiori rispetto ai muscoli scheletrici umani, rispettivamente, e man mano che continuano lo sviluppo, si aspettano di produrre livelli di prestazioni ancora più elevati.

I muscoli artificiali cavatappi si basano su attuatori polimerici ritorti (TPA), che erano potenti, leggeri e poco costosi quando furono introdotti; tuttavia, erano anche molto inefficienti e lenti da azionare perché dovevano essere riscaldati e raffreddati. Inoltre, la loro efficienza è solo del 2% circa. I nuovi attuatori cavatappi utilizzano fluido pressurizzato per l'attuazione, consentendo loro di rispondere molto più rapidamente; di conseguenza, hanno molte più probabilità di essere adottati. Dimostrano inoltre un'efficienza contrattile fino al 45% circa, che è molto elevata nel campo dell'attuazione morbida.

La tecnologia potrebbe essere utilizzata in applicazioni di robotica morbida, attuatori robotici convenzionali come robot che camminano o potenzialmente in tecnologie assistive come esoscheletri o protesi.

Il lavoro futuro includerà l'uso dei muscoli artificiali cavatappi in molte applicazioni grazie alla loro semplicità e alle loro proprietà di basso costo, leggerezza, flessibilità, efficienza e recupero dell'energia di deformazione, tra gli altri vantaggi.

Per ulteriori informazioni, contattare le comunicazioni della Northern Arizona University all'indirizzo Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo.; 928-523-2282.

Questo articolo è apparso per la prima volta nel numero di agosto 2021 di Motion Design Magazine.

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