バイオニックのブレークスルー: 革命的な自己

ロンドン大学クイーン・メアリー著 2023年7月17日

電気的に自己感知し、硬さを可変できる人工筋肉です。 クレジット: Chen Liu 他 al、アドバンストインテリジェントシステム

クイーンメアリー大学の研究者らは、自然な筋肉の特性を模倣した、自己感知で硬さが可変の人工筋肉を開発した。 このブレークスルーはソフトロボティクスと医療アプリケーションに大きな影響を与え、人間と機械の統合に一歩近づきます。

Advanced Intelligent Systems に 7 月 8 日に掲載された研究によると、ロンドンのクイーンメアリー大学の研究者らは、自己感知機能を備えた新しいタイプの電気可変剛性人工筋肉の開発により、バイオニクスの分野で大きな進歩を遂げました。 この革新的なテクノロジーは、ソフトロボティクスと医療アプリケーションに革命を起こす可能性を秘めています。

筋肉の収縮硬化は、強度を高めるために不可欠であるだけでなく、生体の迅速な反応を可能にします。 QMUL 工学・材料科学部の研究チームは、自然からインスピレーションを得て、力と変形を感知する優れた能力を備えながら、柔らかい状態と硬い状態の間をシームレスに移行する人工筋肉の作成に成功しました。

クイーン メリー大学の講師であり研究主任である Ketao Zhang 博士は、人工筋肉のようなアクチュエータにおける可変剛性技術の重要性について説明しています。 「ロボット、特に柔軟な素材で作られたロボットに自己感知機能を持たせることは、真のバイオニックインテリジェンスへの極めて重要な一歩です」とチャン博士は言います。

研究者らによって開発された最先端の人工筋肉は、自然の筋肉と同様の柔軟性と伸縮性を示し、複雑なソフトロボットシステムへの統合やさまざまな幾何学的形状への適応に最適です。 長さ方向の200％以上の伸びに耐えるストライプ構造のフレキシブルアクチュエータは、優れた耐久性を発揮します。

異なる電圧を印加することにより、人工筋肉はその剛性を迅速に調整することができ、30 回を超える剛性変化による連続的な変調を実現します。 電圧駆動の性質により、応答速度の点で他のタイプの人工筋肉に比べて大きな利点があります。 さらに、この新しい技術は抵抗の変化を通じてその変形を監視できるため、追加のセンサー配置の必要性がなくなり、コストを削減しながら制御機構を簡素化できます。

この自己感知人工筋肉の製造プロセスはシンプルで信頼性が高いです。 カーボンナノチューブを超音波分散技術を用いて液体シリコーンと混合し、フィルムアプリケーターを使用して均一にコーティングして薄層の陰極を作成します。これは人工筋肉のセンシング部分としても機能します。 アノードは、柔らかい金属メッシュのカットを使用して直接作成され、作動層はカソードとアノードの間に挟まれています。 液体材料が硬化すると、完全な自己感知可変剛性人工筋肉が形成されます。

この柔軟な可変剛性技術の潜在的な用途は、ソフトロボット工学から医療用途に至るまで多岐にわたります。 人体とのシームレスな統合により、障害のある人や患者が日常の重要な作業を行うのを支援する可能性が広がります。 自己感知人工筋肉を統合することにより、ウェアラブルロボットデバイスは患者の活動を監視し、硬さのレベルを調整することで抵抗を提供し、リハビリテーショントレーニング中の筋肉機能の回復を促進します。

「これらの医療ロボットを臨床現場に導入する前に対処すべき課題はまだありますが、この研究は人間と機械の統合に向けた重要な進歩を示しています」と Zhang 博士は強調します。 「これは、ソフトでウェアラブルなロボットの将来の開発のための青写真を提供します。」

ロンドンのクイーンメアリー大学の研究者らによって行われた画期的な研究は、バイオニクス分野における重要なマイルストーンとなる。 自己感知電気人工筋肉の開発により、彼らはソフトロボット工学と医療応用の進歩への道を切り開きました。