Инженеры из США создали искусственные сухожилия из прочных и гибких гидрогелевых материалов.
Они прикрепили эти сухожилия к лабораторным мышцам, получив "мышечно-сухожильный блок". Затем этот блок соединили с пальцами роботизированной руки. При стимуляции мышц сухожилия заставляли пальцы сжиматься в три раза быстрее и с силой, в 30 раз превышающей возможности конструкции без сухожилий.
В последние годы инженеры активно используют мышечную ткань для создания человекоподобных роботов и реализации мышц для людей потерявшие свои конечности, которые состоят из живых тканей и искусственных компонентов. Однако многие такие киберсистемы ограничены в движениях и мощности.Новый мышечно-сухожильный блок от Массачусетского технологического института может стать универсальным узлом для различных роботов. Его модульность упрощает разработку разнообразных робототехнических приложений — от микрохирургических инструментов до автономных исследовательских машин.
Для создания искусственных сухожилий исследователи использовали полимерный гидрогель. Они провели эксперименты с эластичностью и прочностью, разработав три типа приводов: центральную мышцу, два соединительных сухожилия и захватывающее устройство. Зная жесткость мышц и скелета, специалисты рассчитали оптимальную жесткость сухожилий.
После завершения геля его заполнили в кабели и соединили с лабораторными мышцами. Каждое сухожилие прикрепили к пальцу роботизированной кисти.
При сокращении мышц сухожилия сводили пальцы вместе. В экспериментах мышечно-сухожильный захват оказался в три раза быстрее и в 30 раз сильнее, чем захват без сухожилий. Новая конструкция сохраняла эту производительность на протяжении 7 тысяч сокращений.
Инженеры обнаружили, что добавление сухожилий увеличило соотношение мощности к массе робота в 11 раз. Это значит, что системе требуется меньше мышц для выполнения той же работы.
«Большинство приводов сложно сделать маленькими, — говорит Риту Раман, руководитель проекта. — После определенного размера физические законы перестают работать. Мышцы состоят из независимых клеток, генерирующих силу и движение. Это позволяет создавать маленьких роботов».
Бионические мышечные приводы имеют и другие преимущества. Мышечная ткань может становиться сильнее с тренировками и восстанавливаться при травмах. Это делает роботов и киборгов идеальными с точки зрения подвижности.