Nuovi muscoli artificiali potrebbero far progredire i robot umanoidi / New artificial muscle could advance humanoid robots

Nuovi muscoli artificiali potrebbero far progredire i robot umanoidi / New artificial muscle could advance humanoid robots

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

Alcuni ricercatori sudcoreani hanno sviluppato un "muscolo artificiale intelligente" in grado di svolgere simultaneamente funzioni di rilevamento ed attuazione, un progresso con potenziali applicazioni nei robot umanoidi di prossima generazione.

Guidato dal professor Yong-Lae Park, il gruppo del College of Engineering della Seoul National University si è ispirato ai complessi muscolo-tendinei biologici. Il loro lavoro è descritto in dettaglio sulla rivista Advanced Materials.

Questo muscolo artificiale incorpora canali di metallo liquido all'interno di un elastomero a cristalli liquidi (LCE) e si contrae in risposta a stimoli elettrici, essendo al contempo in grado di misurare forza e lunghezza interne in tempo reale. Di conseguenza, consente l'elaborazione simultanea di segnali motori (sistema nervoso somatico) e segnali sensoriali (sistema nervoso sensoriale), in modo simile ai muscoli biologici.

Il gruppo ha affermato che è in costante aumento la domanda di tecnologie di attuazione robotica in grado di manipolare oggetti con delicatezza, percepire l'ambiente esterno ed interagire in modo sicuro e simile a quello umano

Tuttavia, i muscoli artificiali e gli attuatori robotici convenzionali presentano delle limitazioni, poiché le funzioni di attuazione e di rilevamento sono separate, richiedendo sensori aggiuntivi e sistemi di controllo complessi. Di conseguenza, vi è una continua esigenza di una nuova classe di materiali di attuazione intelligenti in grado di superare queste difficoltà.

Il muscolo artificiale è costituito da un'unica struttura che combina un LCE isotropico, in cui le proprietà del materiale sono identiche in tutte le direzioni, con un LCE nematico, le cui molecole sono allineate in una direzione specifica. Collegati in serie, i due materiali svolgono rispettivamente le funzioni di tendine e muscolo.

Tra i due canali di metallo liquido integrati, uno funge da attuatore attivo che induce la contrazione tramite riscaldamento, mentre l'altro funge da sensore che rileva con precisione forza e deformazione. Il sistema è progettato per rilevare internamente lo stato di contrazione e generare simultaneamente il movimento, senza la necessità di sensori esterni.

I ricercatori hanno inoltre dimostrato che le dita robotiche ed i sistemi di presa dotati di muscoli artificiali possono afferrare delicatamente gli oggetti e distinguerne autonomamente la rigidità e le dimensioni. In particolare, configurando due muscoli artificiali come una coppia antagonista operante in direzioni opposte, il sistema raggiunge un controllo preciso della contrazione e del rilassamento, consentendo un'attuazione rapida ed accurata.

In una dichiarazione, il professor Yong-Lae Park ha affermato: "Il muscolo artificiale sviluppato in questo studio replica la struttura e la funzione uniche dei muscoli biologici, consentendo ai robot di interagire con l'ambiente circostante in modo più flessibile e sensibile. Si prevede che troverà ampie applicazioni nei robot umanoidi, così come in ambito medico, riabilitativo e nella robotica morbida."

Il gruppo del professor Park sta attualmente portando avanti ulteriori ricerche sull'ottimizzazione strutturale e sulle tecnologie di raffreddamento attivo per migliorare la velocità di raffreddamento del muscolo artificiale.

ENGLISH

Researchers in South Korea have developed an ‘intelligent artificial muscle’ that is capable of simultaneously performing sensing and actuation functions, an advance with potential applications in next-generation humanoid robots.

Led by Professor Yong-Lae Park, the team from Seoul National University College of Engineering was inspired by biological muscle-tendon complexes. Their work is detailed in Advanced Materials.

This artificial muscle embeds liquid metal channels within a liquid crystal elastomer (LCE) and contracts in response to electrical stimulation while also being able to measure internal force and length in real time. As a result, it enables the simultaneous processing of motor signals (somatic nervous system) and sensory signals (sensory nervous system), similar to biological muscles.

The team said that there has been growing demand for robotic actuation technologies capable of delicately manipulating objects, perceiving external environments, and interacting safely in a human-like manner.

However, conventional artificial muscles and robotic actuators have limitations because actuation and sensing functions are separated, requiring additional sensors and complex control systems. Consequently, there has been a continuous demand for a new class of intelligent actuation materials that can overcome these challenges.

The artificial muscle is made from a single structure that combines isotropic LCE - in which material properties are the same in all directions - with nematic LCE, whose molecules are aligned in a specific direction. Connected in series, the two materials perform the roles of tendon and muscle respectively.

Among the two embedded liquid metal channels, one functions as an active actuator that induces contraction through heating, while the other serves as a sensor that precisely detects force and deformation. The system is designed to sense the contraction state internally and generate motion simultaneously, without the need for external sensors.

The researchers also demonstrated that robotic fingers and gripper systems equipped with the artificial muscle can delicately grasp objects and distinguish their stiffness and size autonomously. In particular, by configuring two artificial muscles as an antagonistic pair operating in opposite directions, the system achieves precise control of contraction and relaxation, enabling fast and accurate actuation.

In a statement, Professor Yong-Lae Park said: “The artificial muscle developed in this study replicates the unique structure and function of biological muscles, enabling robots to interact with their surroundings in a more flexible and sensitive manner. It is expected to find wide-ranging applications in humanoid robots, as well as in medical, rehabilitation, and soft robotics.”

Professor Park’s team is currently pursuing further research on structural optimisation and active cooling technologies to enhance the cooling speed of the artificial muscle.

Da:

https://www.theengineer.co.uk/content/news/artificial-muscle-could-advance-humanoid-robots?rcip=giuseppecotellessa%40libero.it&utm_campaign=Daily%20Bulletin%20-110526%20-%20Monday&utm_content=&utm_term=https%3A%2F%2Fwww.theengineer.co.uk%2Fcontent%2Fnews%2Fartificial-muscle-could-advance-humanoid-robots&utm_medium=email&utm_source=The%20Engineer