Ingenieure des Italian Institute of Technology (ITT) und der St. Anne's High School haben einen neuen Ansatz zur Herstellung künstlicher Muskeln entwickelt. Die Technologie hieß GRACE (ein Akronym für „Geometry Based Actuators Capable of Compressing and Elongating“). Mit diesen Antrieben sollen laut den Entwicklern mechanische Roboterarme so funktional und beweglich wie menschliche Hände werden. Gleichzeitig kann GRACE auf einem Amateur-3D-Drucker zu Hause hergestellt werden.
Laut dem ITT-Portal ist das Entwerfen und Herstellen künstlicher Muskeln eine der schwierigsten Aufgaben im Bereich der Robotik. Wissenschaftler, die eine hohe Plastizität von Robotern erreichen wollen, müssen Schlüsselprozesse im menschlichen Muskelgewebe nachbilden. Bei dieser Arbeit werden einzelne Kunstfasern und Gelenke auf präzises Biegen, Drehen und andere Bewegungen abgestimmt. Bisher konnten solche Operationen nicht ohne hoch entwickelte Ausrüstung und große Rechenleistung auskommen, aber einer Gruppe von Ingenieuren aus Italien gelang es, die Produktion eines vielversprechenden Systems zu demokratisieren.
Die Autoren konzentrierten sich auf die Optimierung von pneumatischen Aktuatoren, dem Hauptmechanismus, der für den Betrieb künstlicher Muskeln notwendig ist. Sie schufen die GRACE-Plattform in Form eines flexiblen, hohlen Kunststoffrohrs mit Falten, die an den Seiten herunterlaufen. Wenn Luft durch einen angeschlossenen Schlauch in diesen Aktor gedrückt wird, zieht sie sich in Längsrichtung zusammen und dehnt sich radial aus. Einfach gesagt, GRACE kann seine Länge und Dicke auf Anfrage ändern. Um die Wirksamkeit des neuen Systems zu beweisen, haben die Ingenieure aus 18 neuen Aktuatoren einen vollwertigen Roboterarm zusammengebaut.
Der Manipulator ahmte in Form und Größe die menschliche Hand nach und wiegt 100 Gramm. In einer Reihe von Experimenten zeigten die Autoren, dass diese Hand alle grundlegenden Bewegungen einer normalen menschlichen Hand leicht wiederholt – mit Hilfe von GRACE drückte sie ihre Finger, drehte die gesamte Handfläche und drehte auch ihr Handgelenk. Ein wichtiges Merkmal der Studie war das Produktionssystem – die Ingenieure verwendeten nur einen Amateur-3D-Drucker, und als Materialien für die Herstellung wurden Kunststoff und Weichharz verwendet.
Die Entwickler fügten hinzu, dass die neuen Aktuatoren so konstruiert sind, dass sie das bis zu 1.000-fache ihres Eigengewichts tragen können. Wenn bei der Herstellung widerstandsfähigere Materialien als Kunststoff verwendet werden, erhöht sich die Festigkeit von GRACE noch weiter. Laut Wissenschaftlern wird ihre Erfindung in Zukunft bei der Entwicklung von sauberen und geschickten Robotern sowie in der Prothetik nützlich sein.
2022-09-01 14:24:12
Autor: Vitalii Babkin