소프트 로봇 공학용 코일형 선형 액추에이터

Jul 12, 2023

노던애리조나대학교, 플래그스태프

로봇 공학 분야의 연구자들은 의도된 기능을 수행하는 데 필요한 움직임을 만들기 위해 로봇을 작동시키는 가장 빠르고, 강력하고, 가장 효율적이며, 가장 저렴한 방법을 지속적으로 찾고 있습니다.

새롭고 더 나은 작동 기술과 "소프트" 로봇 공학에 대한 탐구는 종종 기계 구성 요소가 인간 근육의 움직임을 모방하고 이상적으로는 인간의 근육보다 뛰어난 성능을 발휘하도록 설계되는 생체 모방학의 원리를 기반으로 합니다. 전기 모터 및 유압 피스톤과 같은 액추에이터의 성능에도 불구하고 견고한 형태로 인해 배포 방식이 제한됩니다. 로봇이 더욱 생물학적 형태로 전환하고 사람들이 더욱 생체 모방 보철물을 요구함에 따라 액추에이터도 진화해야 합니다.

연구원들은 유연성과 적응성으로 인해 더욱 인간과 유사한 동작을 가능하게 하는 고성능 인공 근육 기술을 개발했습니다. 그들은 카바타피 파스타와 유사하다는 이유로 이 작동기를 "카바타피" 인공 근육이라고 부릅니다.

코일형(나선형) 구조로 인해 액추에이터는 더 많은 전력을 생성할 수 있으므로 생명공학 및 로봇공학 응용 분야에 이상적인 기술입니다. 팀의 초기 작업에서 그들은 카바타피 인공 근육이 인간 골격근보다 각각 10배 및 5배 더 높은 특정 작업 및 파워 측정항목을 나타냄을 시연했으며, 개발이 계속됨에 따라 훨씬 더 높은 수준의 성능을 생성할 것으로 기대합니다.

Cavatappi 인공 근육은 트위스트 폴리머 액추에이터(TPA)를 기반으로 하며, 도입 당시에는 강력하고 가벼우며 저렴했습니다. 그러나 가열 및 냉각을 해야 했기 때문에 매우 비효율적이고 작동 속도도 느렸습니다. 게다가 효율성은 약 2%에 불과합니다. 새로운 cavatappi 액추에이터는 가압 유체를 사용하여 작동하므로 훨씬 빠르게 반응할 수 있습니다. 결과적으로 그들은 채택될 가능성이 훨씬 더 높습니다. 또한 최대 약 45%의 수축 효율성을 보여 주며 이는 소프트 작동 분야에서 매우 높습니다.

이 기술은 소프트 로봇 공학 응용 분야, 보행 로봇과 같은 기존 로봇 액추에이터 또는 외골격이나 보철물과 같은 보조 기술에 사용될 수 있습니다.

향후 연구에는 단순성, 저비용, 경량, 유연성, 효율성 및 변형 에너지 회복 특성 등의 장점으로 인해 다양한 응용 분야에서 cavatappi 인공 근육을 사용하는 것이 포함될 것입니다.

자세한 내용은 Northern Arizona University Communications에 문의하세요. 이 이메일 주소는 스팸봇으로부터 보호됩니다. 보려면 JavaScript를 활성화해야 합니다.; 928-523-2282.

이 기사는 모션 디자인 매거진 2021년 8월호에 처음 게재되었습니다.

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