Neue künstliche Muskeln imitieren menschliche Bewegung, um humanoide Roboter voranzutreiben

Dieser Durchbruch könnte zur Entwicklung adaptiver humanoider Roboter der nächsten Generation beitragen, die menschenähnliche Sinnes- und Bewegungsfähigkeiten aufweisen. Kürzlich haben ein Forscherteam am MIT Media Lab und das Politecnico di Bari elektrofluidische Faser-Muskeln entwickelt, die für Roboter und Wearables eine natürliche, muskelähnliche Kraft, Geschwindigkeit und Steuerung bieten.

Menschähnliches Muskelsystem: Angesichts wachsender Anforderungen an menschenähnliche Roboter und assistive Systeme suchen Forscher nach robotischen Aktuatoren, die feine Bewegungen, Umgebungsüberwachung und sichere Interaktion ermöglichen. Die Anwendungsbereiche reichen bis hin zu Rehabilitations- und medizinischen Geräten.

Allerdings stoßen herkömmliche künstliche Muskeln an Grenzen, da ihre Antriebs- und Sensorfunktionen getrennt sind, was zusätzliche Sensoren und komplexe Steuerungssysteme erfordert. Die Abbildung zeigt die Rückkopplung biologischer Muskeln sowie einen Robotergriff, der künstliche Muskeln aus flüssigkristallinen Elastomeren (LCE) verwendet.

Um diese Herausforderungen zu bewältigen, hat

Um diese Herausforderungen zu bewältigen, hat die Fakultät für Ingenieurwissenschaften der Sungkyunkwan-Universität (SNU) einen intelligenten künstlichen Muskel entwickelt, der. Das System basiert auf flüssigkristallinen Elastomeren (LCE) und integriert Sensorik und Aktorik in einer einzigen Struktur, wodurch die „physische Intelligenz" bezeichnete Eigenschaft ermöglicht wird.

Der künstliche Muskel verbindet isotrope und nematische LCE-Materialien in Reihe und übernimmt dabei sehnennahe und muskelnahe Funktionen. Eingebaute Kanäle aus flüssigem Metall ermöglichen eine Doppelwirkung: Ein Kanal fungiert als aktiver Aktor, der durch Erhitzung eine Kontraktion erzeugt, während der andere als Sensor dient, der Kraft und Verformung in Echtzeit erfasst.

Dies ermöglicht es dem System, seinen eigenen Kontraktionszustand ohne externe Sensoren zu überwachen. Intelligente robotische GreiferDie Forscher haben robotische Finger und Greifer vorgestellt, die von künstlichen Muskeln angetrieben werden und Objekte sanft aufnehmen können, während sie gleichzeitig deren Steifigkeit und Größe eigenständig bestimmen.

Durch die Anordnung zweier künstlicher Muskeln,

Durch die Anordnung zweier künstlicher Muskeln, die sich gegenseitig entgegenwirken – ähnlich wie biologische Muskeln –, gelang dem Team eine schnellere und präzisere Steuerung der Bewegung, einschließlich Kontraktion und Entspannung. Das System vereint Sensorik und Bewegung in einer einzigen Struktur, sodass der künstliche Muskel seinen Zustand in Echtzeit überwachen kann, ohne auf externe Sensoren angewiesen zu sein.

Dies verleiht dem Roboter eine Form eingebetteter physischer Intelligenz und ermöglicht ihm, sich natürlicher auf veränderliche Kräfte und Kontakte während des Betriebs einzustellen. Die Forscher zeigten, dass die knstlichen Muskeln in einem feedback-gesteuerten System fr einen robotischen Finger und Greifer zusammenarbeiten knnen, wodurch die Bewegungsprzision verbessert und Steuerungsfehler reduziert werden.

Die Studie identifizierte zudem Bereiche, die weiterer Verbesserung bedrfen. Bei wiederholten Bewegungen kann sich Wrme im Inneren der knstlichen Muskeln aufbauen, was zu Kraftdrift fhrt und die Genauigkeit mindert. Auch pltzliche nderungen der Bewegungsziele knnen Tracking-Fehler verursachen.

Leistung und Energieausbeute

Um diese Probleme zu lsen, schlugen die Forscher schnellere Khlmethoden vor, darunter dnnere Materialien, integrierte Khlkanle oder Khlsysteme auf Basis knnte sowohl die Ansprechgeschwindigkeit als auch die Sensorleistung verbessern. Das Team wies zudem darauf hin, dass das aktuelle Streckenschtzungsmodell auf experimentellen Daten basiert und mglicherweise weiterer Verfeinerung bedarf.

Zukünftige Untersuchungen zur Wärmeverteilung und zum mechanischen Verhalten üssigkristall-Elastomeren könnten zur Entwicklung präziserer und zuverlässigerer künstlicher Muskelsysteme für robotische Anwendungen beitragen.