Il motore portatile alimenta i muscoli artificiali nei dispositivi di assistenza / Portable engine powers artificial muscles in assistive devices

Il motore portatile alimenta i muscoli artificiali nei dispositivi di assistenza / Portable engine powers artificial muscles in assistive devices

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

A sinistra: valutazione dell'effetto dell'assistenza sull'attività del muscolo bicipite durante il sollevamento di un peso di 5 kg. I risultati hanno mostrato che in media l'attività muscolare è stata ridotta del 39 percento con assistenza rispetto alla condizione senza indossare il dispositivo. Al centro: dimostrazione di elevata forza di assistenza: il muscolo può sollevare un oggetto da 20 kg a 18 mm da terra. A destra: dimostrazione di prova di concetto di applicazione di robot indossabile per assistere la flessione plantare della caviglia. / Left: Evaluation of the effect of the assistance on the activity of the biceps muscle while lifting a weight of 5kg. Results showed that on average the muscle activity was reduced by 39 per cent with assistance compared to the condition without wearing the device. Middle: Demonstration of high assistive force: the muscle can lift a 20kg object 18mm off the ground. Right: Proof-of-concept demonstration of wearable robot application to assist ankle plantar flexion

I ricercatori hanno sviluppato un motore fluidico leggero per alimentare robot morbidi che imitano i muscoli e che possono essere utilizzati nei dispositivi di assistenza agli arti superiori od inferiori.

Si dice che la soluzione ideata dai ricercatori della North Carolina State University, dei Sandia National Laboratories e dell'UC Berkeley sia in grado di generare una forza significativa senza essere vincolata ad una fonte di alimentazione esterna.

In una dichiarazione, Hao Su, autore corrispondente di un articolo sul lavoro, ha affermato: "I robot morbidi alimentati da motori a fluido, come l'azione idraulica o pneumatica, possono essere utilizzati per imitare il comportamento dei muscoli in modi che i robot rigidi non possono.

"Ciò rende questi robot particolarmente interessanti per l'impiego in dispositivi di assistenza che migliorano la capacità delle persone di muovere gli arti superiori od inferiori"

La maggior parte dei motori a fluido sono fisicamente collegati ad una fonte di alimentazione esterna, come un grande compressore d'aria, il che ne limita l'utilità. I ​​precedenti motori a fluido che non erano collegati a fonti di alimentazione esterne non erano in grado di generare molta forza, il che ne limitava anche l'utilità.

"Il nostro lavoro qui affronta entrambe queste sfide", ha affermato Su, professore associato di ingegneria meccanica ed aerospaziale presso la NC State. "Il nostro motore fluidico non è vincolato a una fonte esterna, ma può comunque generare fino a 580 Newton di forza".

Secondo la NC State, il nuovo motore funziona pompando olio dentro e fuori da una camera di un robot morbido, facendo sì che il robot morbido agisca come un muscolo artificiale che si flette e si rilassa.

La pompa del motore fluidico è azionata da un motore ad alta coppia alimentato a batteria, che consente di generare una pressione significativa, consentendo al muscolo artificiale di esercitare una forza significativa.

Nei test di dimostrazione del concetto, i ricercatori hanno valutato la quantità di forza che il nuovo motore può generare e l'efficienza con cui converte l'energia elettrica in energia fluidica.

"Abbiamo scoperto di essere in grado di generare una quantità di forza senza precedenti per un motore non collegato, mantenendo comunque basso il peso del motore fluidico", ha affermato Antonio Di Lallo, primo autore del documento e ricercatore post-dottorato presso la NC State. "E l'efficienza massima del nostro motore fluidico è superiore a quella dei precedenti motori portatili non collegati".

ENGLISH

Researchers have developed a lightweight fluidic engine to power muscle-mimicking soft robots for use in upper or lower limb assistive devices.

The solution from researchers at North Carolina State University, Sandia National Laboratories, and UC Berkeley is said to generate significant force without being tethered to an external power source.

In a statement, Hao Su, corresponding author of a paper on the work, said: “Soft robots that are powered by fluid engines – such as hydraulic or pneumatic action – can be used to mimic the behaviour of muscle in ways that rigid robots cannot.

“This makes these robots particularly attractive for use in assistive devices that improve people’s ability to move their upper or lower limbs.”

Most fluid engines are physically connected to an external power source, such as a large air compressor, which limits their utility. Previous fluid engines that were not tethered to external power sources were not able to generate much force, which also limited their utility.

“Our work here addresses both of those challenges,” said Su, an associate professor of mechanical and aerospace engineering at NC State. “Our fluidic engine is not tethered to an external source but can still generate up to 580 Newtons of force.”

According to NC State, the new engine works by pumping oil into and out of a chamber in a soft robot, causing the soft robot to act as an artificial muscle that is flexing and relaxing.

The fluidic engine’s pump is driven by a battery-powered high-torque motor that allows it to generate significant pressure, enabling the artificial muscle to exert significant force.

In proof-of-concept testing, the researchers assessed the amount of force the new engine can generate, and how efficiently the engine converts electrical power into fluidic power.

“We found that we were able to generate an unprecedented amount of force for an untethered engine, while still keeping the weight of the fluidic engine low,” said Antonio Di Lallo, first author of the paper and a postdoctoral researcher at NC State. “And the maximum efficiency of our fluidic engine is higher than previous portable, untethered engines.”

Da:

https://www.theengineer.co.uk/content/news/portable-engine-powers-artificial-muscles-in-assistive-devices