Forscher entwickeln elektrofluidisch angetriebene Muskeln für leise Roboter
Hydraulisch betriebene Roboter-Aktuatoren sind gemeinhin laut. Der elektrofluide Muskel des MIT Media Lab und des Politecnico di Bari arbeitet dagegen lautlos.
Der künstliche Muskel besteht aus mehreren Muskelsträngen, die im Wesentlichen aus dünnen Schläuchen bestehen, in denen sich eine dielektrische Flüssigkeit bewegt.
(Bild: Gabriele Pupillo, Ozgun Kilic Afsar)
Ein Forschungsteam des MIT Media Lab und des Politecnico di Bari in Italien haben gemeinsam einen künstlichen elektrofluiden Muskel entwickelt, der als Soft-Aktuator in Robotern eingesetzt werden kann. Die Muskeln werden durch Druckveränderungen durch Pumpen bewegt, arbeiten geräuscharm und könnten damit für leisere Roboter sorgen.
Künstliche Muskeln in Roboteraktuatoren werden häufig durch schwere hydraulische Systeme angetrieben, die laute Betriebsgeräusche verursachen. Elektrisch betriebene künstliche Muskeln, die leise arbeiten, sind allerdings zu schwach, um die schweren Gliedmaßen humanoider Roboter ausreichend schnell bewegen zu können.
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Die Forscher des MIT Media Lab und des Poitecnico di Bari haben elektrofluide künstliche Fasermuskeln entwickelt, die zu Muskelbündeln zusammengefasst werden können. Sie arbeiten leise, sind reaktionsschnell und stark genug, um damit Aktuatoren für Roboter anzutreiben, schreiben die Wissenschaftler in der Studie „Electrofluidic fiber muscles“, die in Science Robotics erschienen ist.
Das von ihnen entwickelte Muskelsystem basiert auf elektrohydrodynamischen Prinzipien. Einzelne Muskelfasern bestehen aus etwa 2 mm dünnen Schläuchen. In ihnen befindet sich eine dielektrische Flüssigkeit, die in dem geschlossenen System bereits unter Druck vorab eingebracht worden ist. Dieser Druck kann je nach Anwendung speziell angepasst werden. Wird eine Ladung durch elektrisch angetriebene Pumpen im Millimeterbereich in die Flüssigkeit eingebracht, transportieren die dadurch entstehenden Ionen die Flüssigkeit mit. Dadurch wird weiterer Druck und Durchfluss erzeugt, die die künstlichen Muskelfasern bewegen. Die arbeiten dann geräuschlos und weisen eine muskelähnliche Leistung mit einer Reaktionszeit von weniger als 0,3 Sekunden auf.
Spezielle angeordnete Muskelstränge für unterschiedliche Anwendungen
Die einzelnen Muskelfasern müssen allerdings je nach Anwendungszweck speziell angeordnet werden. Zusätzlich können gegenläufig arbeitende Muskelstränge erzeugt werden, um etwa antagonistisch arbeitende Muskeln herzustellen. So können etwa wie beim Beugen eines Arms ein sich zusammenziehender Bizeps und ein sich dehnender Trizeps aufgebaut werden. Den Forschern gelang es, unterschiedliche Muskelkonfigurationen zu erstellen. So bauten sie etwa Muskeln auf, die leichte Objekte bei einer Reaktionszeit von weniger als 0,3 Sekunden mit einer Geschwindigkeit von 180 mm pro Sekunde anheben konnten. In einer anderen Zusammenstellung realisierten die Forscher einen Muskel, der ein 4 kg schweres Objekt rund 30 mm anheben konnte. Das entspricht etwa dem 400-Fachen des Gewichts des verwendeten künstlichen Muskels. Ein aus den Muskelfasern gewebter Muskel konnte einen Roboterarm in einem Winkel von 40 Grad bewegen und eine Kraft erzeugen, die ausreicht, um einen menschlichen Handschlag nachzustellen.
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Dieser Druck kann je nach Anwendung angepasst werden. Wird eine Ladung durch elektrische angetriebene Pumpen im Millimeterbereich in die Flüssigkeit eingebracht, transportieren die dadurch entstehenden Ionen die Flüssigkeit mit. Dadurch wird ein weiterer Druck und Durchfluss erzeugt, die die künstlichen Muskelfasern bewegen. Die arbeiten dann geräuschlos und weisen eine muskelähnliche Leistung mit einer Redaktionszeit von weniger als 0,3 Sekunden auf.
(olb)
