Что такое пневматическая искусственная мышца?

Что такое пневматическая искусственная мышца?

Мягкие приводы, также известные как пневматические искусственные мышцы, генерируют силу, деформируя гибкий материал с помощью внешней энергии. Эти искусственные мышцы готовы расширить свое применение за пределы промышленной робототехники, где в основном использовались традиционные приводы.

Пневматические искусственные мышцы различаются в зависимости от типа входной энергии. Некоторые, например, полимерные приводы, деформируются за счет применения электрической, магнитной или химической энергии, в то время как другие, в частности, пневматические искусственные мышцы, деформируются за счет давления жидкости, например, воздуха или гидравлического давления. В этом обсуждении основное внимание уделяется пневматическим искусственным мышцам, которые сокращаются при применении давления воздуха.

Пневматические искусственные мышцы

Пневматические искусственные мышцы представляют собой трубчатые устройства, которые сокращаются при применении давления воздуха. Используя сжимаемый воздух, они проявляют умеренную упругость и характеризуются высокой выходной мощностью относительно своего веса.

Типичным примером является пневматическая искусственная мышца Маккиббена, которая была тщательно изучена и вновь вызывает интерес с развитием носимых устройств и мягких роботов. Эти мышцы состоят из резиновой трубки с оплеткой по ее окружности. Радиальное расширение трубки изменяет угол сетки, создавая осевую силу сокращения.

В мышцах типа Маккиббена давление обычно составляет от 100 до 700 кПа (G), причем величина сокращения и максимальная сила увеличиваются с приложенным давлением. Сокращение может составлять до 20% от первоначальной длины, при этом сила контролируется диаметром мышцы и приложенным давлением.

Применение пневматических искусственных мышц

Ожидается, что легкие и способные генерировать высокую производительность, пневматические искусственные мышцы найдут применение в носимых устройствах и мягких роботах. Их применение в качестве вспомогательной силы в костюмах увеличивается. Однако эти мышцы имеют тенденцию терять гибкость при более высоких давлениях, что создает проблему в достижении как высокой производительности, так и гибкости, особенно в носимых устройствах, где движение мышц должно синхронизироваться с движениями человеческого тела.

Недавно появление тонких пневматических искусственных мышц позволило получить значительную сократительную силу, не жертвуя гибкостью, используя их параллельно. Кроме того, теперь доступны специальные контроллеры для автоматического управления пневматическими искусственными мышцами, что ускоряет работу по их полномасштабному социальному внедрению.