Искусственные мышцы на основе геля

12.01.2018

Ортопедия прошла долгий путь со времени первых деревянных костылей и ремешка, но инновации не работали, когда дело доходило до компенсации мышечной силы – до сих пор.

Исследовательская группа разработала пригодного для носки робота для поддержки тазобедренного сустава человека во время ходьбы. Команда во главе с Минору Хашимото, профессором текстильной науки и техники Университета Шиншу в Японии, описала детали своего прототипа в журнале «Умные материалы и конструкции», опубликованном Институтом физики.

«С быстро стареющим обществом все большее число пожилых людей нуждаются в помощи после перенесенного инсульта и инвалидности. Различные технологии, устройства и роботы появляются, чтобы помочь», – написал Хашимото, отметив, что несколько технологий, предназначенных для помощи человеку с ходьбой часто громоздки для пользователя. «В текущем исследовании мы стремились разработать легкую, мягкую, износоустойчивую вспомогательную одежду для поддержки повседневной жизни пожилых людей с ослабленными мышцами и с проблемами мобильности».

Гель показывает серьёзный потенциал для создания искусственных мышц: более 10% деформации сжатия, > 90 кПа выходного механического напряжения, переменная жесткость, длительный срок использования (более 5 миллионов циклов) и низкое энергопотребление.

(a) Обзор носимой одежды с системой. (b) Структура сэндвича с гелем ПВХс двумя типами сеток электродов. (c) Сжатие и расжатие при включении и выключении питания. (d) FlexiForce сенсор движения. (e) Питание и управление.
(a) Обзор носимой одежды с системой. (b) Структура сэндвича с гелем ПВХс двумя типами сеток электродов. (c) Сжатие и расжатие при включении и выключении питания. (d) FlexiForce сенсор движения. (e) Питание и управление.

Носимая система состоит из пластифицированного геля поливинилхлорида (ПВХ), сетчатых электродов и приложенного напряжения. Сетчатые электроды благодаря напряжению вызывают сжимание геля, как мышцы. Это носимый механизм, который вызывает движение.

«Мы думали, что электрические механические свойства геля ПВХ могут использоваться для искусственных искусственных мышц, поэтому мы начали исследовать гель из ПВХ», – сказал Хашимото. «Возможность добавления напряжения в ПВХ-гель особенно привлекательна для высокоскоростного движения, а гель приводится в движение с высокой скоростью благодаря напряжению всего в несколько сотен вольт».

В предварительном эксперименте пациент после инсульта с некоторым параличом на одной стороне своего тела шел с системой и без неё:

«Мы обнаружили, что вспомогательная одежда позволила естественному движению, увеличивая длину шага и уменьшая мышечную активность во время прямой ходьбы», – написал Хашимото. Исследователи также обнаружили, что регулировка заряда может изменить уровень помощи, обеспечиваемой приводом.

Роботизированная система заработала первое место в демонстрациях с помощью многослойных искусственных мышц геля ПВХ на «24-м Международном симпозиуме по интеллектуальным структурам и материалам и неразрушающей оценке и мониторингу здоровья».

Исследователи планируют создать струнный привод с использованием геля из ПВХ, что потенциально может привести к разработке ткани, способной обеспечить более управляемую внешнюю мышечную поддержку.

Источники:

Изображения взяты с: sciencedaily.com.

Автор статьи: Максим Костерин

Привет, это редакция канала the Robot. Если тебе понравилась эта статья – нажми лайк и подпишись, чтобы не пропустить новые материалы. Новости о роботах и ИИ можно читать там, где тебе удобно, присоединяйся!
Наш telegram канал : https://t.me/robotics_channel
Наш сайт: https://the-robot.ru/
E-mail расслыка лучших статей раз в неделю