ソフトロボティクス用のコイル状リニアアクチュエータ

Jul 12, 2023

北アリゾナ大学、フラッグスタッフ

ロボット工学の分野では、研究者はロボットを作動させ、意図した機能を実行するために必要な動きを行うための最速、最強、最も効率的、かつ低コストの方法を絶えず探し求めています。

新しくより優れた作動技術や「ソフト」ロボット工学の探求は、多くの場合、人間の筋肉の動きを模倣し、理想的にはそれを上回る性能を発揮するように機械コンポーネントが設計されるバイオミメティクスの原理に基づいています。 電気モーターや油圧ピストンなどのアクチュエーターの性能にもかかわらず、その形状が硬いため、展開方法が制限されます。 ロボットがより生物学的な形態に移行し、人々がより生体模倣のプロテーゼを求めるにつれて、アクチュエーターも進化する必要があります。

研究者は、その柔軟性と適応性により、より人間に近い動きを可能にする高性能人工筋肉技術を開発しました。 彼らは、そのアクチュエーターがカヴァタッピ パスタに似ていることから、このアクチュエーターを「カヴァタッピ」人工筋肉と呼んでいます。

コイル状 (螺旋状) 構造のため、アクチュエーターはより多くの電力を生成することができ、生物工学やロボット工学の用途に理想的な技術となっています。 研究チームの初期の研究では、カヴァタッピ人工筋肉が人間の骨格筋よりもそれぞれ10倍と5倍高い特定の仕事量と5倍のパワーメトリクスを示すことが実証されており、開発を続けることでさらに高いレベルのパフォーマンスを生み出すことが期待されています。

カヴァタッピ人工筋肉はツイスト ポリマー アクチュエーター (TPA) に基づいています。TPA は、導入当時は強力で軽量、そして安価でした。 ただし、加熱および冷却する必要があるため、非常に効率が悪く、作動が遅いという問題もありました。 さらに、その効率はわずか約 2% です。 新しい cavatappi アクチュエータは加圧流体を使用して作動するため、より高速に応答できます。 その結果、採用される可能性がはるかに高くなります。 また、最大約 45% の収縮効率も実証されており、これはソフトアクチュエーションの分野では非常に高い値です。

この技術は、ソフトロボット工学アプリケーション、歩行ロボットなどの従来のロボットアクチュエータ、または外骨格や義肢などの支援技術に使用できる可能性があります。

将来の研究には、そのシンプルさだけでなく、低コスト、軽量、柔軟性、効率、ひずみエネルギー回復特性などの利点により、カヴァタッピ人工筋肉を多くの用途に使用することが含まれるでしょう。

詳細については、北アリゾナ大学コミュニケーションズ (この電子メール アドレスはスパムボットから保護されています) までお問い合わせください。 表示するには JavaScript を有効にする必要があります。 928-523-2282。

この記事は、Motion Design Magazine 2021 年 8 月号に初めて掲載されました。

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