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Forscher schaffen künstliche Nylonmuskeln für Roboter

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Ingenieure mit MIT haben eine kostengünstige Methode zur Herstellung von Biegemuskelfasern entwickelt. Diese künstlichen Muskeln sind in den letzten zehn Jahren zu einem festen Bestandteil der Robotik geworden, da die Robotik immer mehr zu menschenähnlichen Konstruktionen führt.

Das Team fand eine einfache und relativ kostengünstige Lösung für Nylonfasern. Das synthetische Material kann im neuen Verfahren des MIT geformt und erhitzt werden Fortgeschrittene Werkstoffe.

[Mit freundlicher Genehmigung von Felice Frankel und Seyed Mohammad Mirvalkili / MIT]

Die lineare Muskelaktivität konnte leicht reproduziert werden, wenn verdrehtes Nylonfilament die Arbeit erledigte. Biegebewegungen wie bei menschlichen Fingern erwiesen sich jedoch als größere Herausforderung.

Bestehende Strukturen, die zum Biegen in biomedizinischen Geräten verwendet wurden, verwendeten "exotische Materialien, um die Arbeit zu erledigen", bemerkte der Doktorand Seyed Mirvakili. Beispielsweise bieten Kohlenstoffnanoröhrengarne eine lange Lebensdauer. Sie sind jedoch für den marktfähigen Gebrauch wahnsinnig teuer.

Das neue Verfahren des MIT nutzt die Nylonfaser auf eine neue Art und Weise, wobei die besonderen Eigenschaften des Materials berücksichtigt werden. Mirvakili bemerkte, dass die Fasern in der Länge schrumpfen, sich aber im Durchmesser ausdehnen. Das Team nutzte dieses Schrumpfen für Bewegungen, ohne weitere Teile zu benötigen.

Das System nutzt auch Eigenschaften, die andere Forscher als einschränkend bestimmen könnten. Mirvakili sagte, langsame Abkühlraten könnten als negativer Faktor angesehen werden, der zum Vorteil des Projekts eingesetzt wurde. Er sagte, dass das selektive Erhitzen einer Seite dazu führt, dass es sich schneller zusammenzieht, als die Wärme die andere Seite durchdringen kann. Dies biegt die Faser.

"Sie brauchen eine Kombination dieser Eigenschaften", sagte er, "hohe Dehnung [die Anziehungskraft der Schrumpfbewegung] und niedrige Wärmeleitfähigkeit."

Das Team verwendete eine Nylon-Angelschnur und komprimierte sie, um von rund zu rechteckig oder quadratisch zu wechseln. Sie erwärmten eine Seite, um die Faser in diese Richtung zu biegen. Die Heizrichtung könnte ebenfalls angepasst werden, so dass das Team Achtel und Kreise bilden kann.

Das Team hofft, dass diese Technologie zu medizinischen Geräten wie selbsteinstellenden Kathetern beitragen kann. Es könnte sogar Tracking-Systeme auf Energiegeräten ermöglichen.

Geoffrey Spinks, Professor an der australischen Universität von Wollongong und ein Mann, der nicht mit der Studie verbunden war, nannte sie "Roman" und auch "elegant".

"Dies ist eine einfache Idee, die wirklich gut funktioniert", sagte er. "Die Materialien sind kostengünstig. Die Herstellungsmethode ist einfach und vielseitig. Die Betätigungsmethode erfolgt durch einfache elektrische Eingabe. Die Leistung der Biegebetätigung ist beeindruckend in Bezug auf Biegewinkel, erzeugte Kraft und Geschwindigkeit. “

Ein anderer Professor, der ebenfalls nicht mit dem Projekt verbunden war, sagte, das Projekt sei ein Game-Changer.

"Man kann sich viele Anwendungen für diesen Aktuatortyp im medizinischen und instrumentellen Bereich vorstellen", sagte Andrew Taberner, Associate Bioengineering Professor an der University of Auckland. "Ich gehe davon aus, dass diese Arbeit häufig zitiert wird."

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