ポータブル・エンジンが補助器具の人工筋肉を動かす(Portable Engine Can Power Artificial Muscles in Assistive Devices)

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2024-07-01 ノースカロライナ州立大学(NCState)

研究者たちは、軽量な流体エンジンを開発し、筋肉を模倣するソフトロボットを動かすために使用しています。この新しいエンジンの特徴は、外部電源に接続されずに大きな力を生成できることです。北カロライナ州立大学のハオ・ス教授によれば、流体エンジンを搭載したソフトロボットは、筋肉のような動きを再現できるため、上肢や下肢の動きを補助するデバイスとして有望です。新しいエンジンは、バッテリー駆動の高トルクモーターによって油をポンプし、ソフトロボット内で人工筋肉として機能します。試験では、エンジンが580ニュートンの力を生成し、効率的に電力を流体力に変換することが確認されました。この研究成果は、オープンアクセスのジャーナル「Advanced Intelligent Systems」に発表されました。

<関連情報>

高力ソフトウェアラブルロボットのためのテザーなし流体エンジン Untethered Fluidic Engine for High-Force Soft Wearable Robots

Antonio Di Lallo, Shuangyue Yu, Jonathon E. Slightam, Grace X. Gu, Jie Yin, Hao Su

Advanced Intelligent Systems  Published: 13 June 2024

DOI:https://doi.org/10.1002/aisy.202400171

Details are in the caption following the image

Abstract

Fluid-driven artificial muscles exhibit a behavior similar to biological muscles which makes them attractive as soft actuators for wearable assistive robots. However, state-of-the-art fluidic systems typically face challenges to meet the multifaceted needs of soft wearable robots. First, soft robots are usually constrained to tethered pressure sources or bulky configurations based on flow control valves for delivery and control of high assistive forces. Second, although some soft robots exhibit untethered operation, they are significantly limited to low force capabilities. Herein, an electrohydraulic actuation system that enables both untethered and high-force soft wearable robots is presented. This solution is achieved through a twofold design approach. First, a simplified direct-drive actuation paradigm composed of motor, gear-pump, and hydraulic artificial muscle (HAM) is proposed, which allows for a compact and lightweight (1.6 kg) valveless design. Second, a fluidic engine composed of a high-torque motor with a custom-designed gear pump is created, which is capable of generating high pressure (up to 0.75 MPa) to drive the HAM in delivering high forces (580 N). Experimental results show that the developed fluidic engine significantly outperforms state-of-the-art systems in mechanical efficiency and suggest opportunities for effective deployment in soft wearable robots for human assistance.

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