Onderzoekers van het MIT Media Lab en Politecnico di Bari hebben nieuwe stille kunstmatige spiervezels voor robots ontwikkeld, waardoor robotbewegingen en draagbare hulpmiddelen mogelijk worden getransformeerd. De technologie, bekend als elektrofluïdische vezelspieren, werd gedetailleerd beschreven in een artikel gepubliceerd in Science Robotics.
Het onderzoeksteam, geleid door MIT-afgestudeerde student Ozgun Kilic Afsar en Politecnico di Bari-professor Vito Cacucciolo, combineert twee technologieën: dunne McKibben-actuatoren en geminiaturiseerde elektrohydrodynamische (EHD) pompen. Dit systeem maakt beweging mogelijk zonder motoren of externe pompen en pakt de beperkingen aan waarmee vloeistofaangedreven zachte robots voorheen te maken kregen.
De EHD-pompen werken door druk te creëren in een afgesloten vloeistofcompartiment, waardoor beweging mogelijk is zonder mechanische onderdelen. Elke EHD-pomp is lichtgewicht, weegt slechts een paar gram en is qua dikte vergelijkbaar met een tandenstoker. Door een antagonistisch ontwerp te gebruiken waarbij de ene actuator samentrekt terwijl de andere ontspant, bootst het systeem menselijke spierinteracties na.
Afsar verklaarde: “We hebben deze configuratie niet simpelweg gekozen omwille van biomimicry, maar omdat we een manier nodig hadden om de vloeistof op te slaan in het spierontwerp.” Deze configuratie elimineert de noodzaak voor een extern vloeistofreservoir, wat de toepassing van vloeistofaangedreven robots buiten laboratoriumomgevingen heeft beperkt.
De vezels kunnen in verschillende configuraties worden gerangschikt, die lijken op biologisch spierweefsel, waardoor een strakkere verpakking in robotsystemen mogelijk wordt. Demonstraties van de technologie omvatten een biceps-tricepspaar dat een 3D-geprinte robotarm bestuurde en een hefboomarm die objecten in slechts 100 milliseconden kon lanceren.
Herbert Shea, professor aan de Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, prees het werk als een aanzienlijke vooruitgang op het gebied van zachte bediening. Hij merkte op: “Het ontbreken van bewegende delen in de pomp maakt deze spieren stil, een groot voordeel voor prothesen en ondersteunende kleding.”
Het MIT-Politecnico-team verwacht dat deze kunstmatige spieren in verschillende toepassingen kunnen worden gebruikt, van exoskeletten die zijn ontworpen om te helpen bij het tillen van zware lasten tot apparaten die gericht zijn op het herstellen van de behendigheid. Cacucciolo voegde eraan toe: “Overal waar vloeibare actuatoren worden gebruikt, of waar ingenieurs externe pompen willen vervangen door interne pompen, kunnen deze ontwerpprincipes van toepassing zijn op een breed scala aan vloeistofaangedreven robotsystemen.” Het onderzoek kreeg steun van de European Research Council en het multi-gesponsorde consortium van het MIT Media Lab.
