보다 강해진 인공 근육 : ETH 취리히 대 Artificial muscles for robot motion

ETH 취리히 로봇공학과

배터리와 전원 공급 장치의 무게 15그램에 불과

인간의 근육은 에너지를 효율적으로 저장하고 방출할 수 있기 때문에 소프트 로봇에게 좋은 예입니다. 한 위치에 머무르기 위해 많은 에너지가 필요한 단단한 로봇과 달리, 인간의 근육에서 영감을 받은 소프트 로봇은 에너지를 잘 저장하고 방출할 수 있습니다. 소프트 로봇에서 인간 근육의 특징을 모방하면 에너지 효율, 유연성 및 적응성을 향상시켜 다양한 상황에서 유용하게 사용할 수 있습니다.

인공 근육은 자연 근육처럼 작동하지만 세포와 섬유로 만들어져 있지 않습니다. 대신, 그것들은 보통 기름인 액체로 채워져 있는 주머니를 가지고 있습니다. 그 주머니의 껍질은 부분적으로 전극으로 덮여 있습니다. 이 전극이 전기 신호를 받으면, 액체를 주머니 안으로 밀어 넣으면서, 그것들은 더 가까이 이동합니다. 이것은 근육이 작동하는 방식과 비슷하게, 주머니가 휘어지고 무게를 들어올리게 합니다. 여러 개의 주머니가 연결되어 전체 인공 근육이나 작동기를 만들 수 있습니다.

인공 근육을 개발한다는 아이디어는 친숙합니다. 그럼에도 불구하고 지금까지 그것을 실현하는 데 큰 장애물이 있었습니다: 정전기 액추에이터는 약 6,000에서 10,000 볼트의 극도로 높은 전압에서만 작동했습니다.

살아있는 근육 조직으로 움직이는 이족보행 로봇: 도쿄 대 VIDEO: Bipedal Robot Powered By Living Muscle Tissue

https://conpaper.blogspot.com/2024/01/video-bipedal-robot-powered-by-living.html

ETH 취리히의 로봇공학 교수인 Robert Katzschmann은 Stephan-Daniel Gravert, Elia Varini, 그리고 다른 동료들과 함께 새로운 해결책을 개발했습니다. 그들은 이전의 것들보다 더 가볍고, 더 안전하고, 더 강건한 인공 근육을 개발했습니다.

연구원들은 주머니를 위한 껍질을 만들고 새로운 인공 근육 HALVE 액츄에이터의 이름을 붙였는데, 여기서 HALVE는 "수압적으로 증폭된 저전압 정전기"를 의미합니다. 전극이 외부 껍질에 있는 다른 액츄에이터와 대조적으로, 이 연구에서 새로 디자인된 껍질은 다른 층을 가지고 있습니다.

그들은 많은 양의 전기 에너지를 저장할 수 있는 전극 층과 결합된 높은 유전율의 강유전체 물질을 사용했습니다. 그리고 나서 이 결합체는 우수한 기계적 특성을 가진 고분자 껍질로 코팅되어 파우치에 안정성을 더했습니다.

유전율이 더 높은 강유전체 물질을 사용하여, 연구자들은 요구되는 전압을 줄이면서도 큰 힘을 만들 수 있었습니다. Gravert와 Varini는 HALVE 액추에이터의 쉘을 개발하고 두 로봇에 사용할 액추에이터를 실험실에서 직접 만들었습니다.

이 로봇들의 한 예는 11센티미터의 키에 두 개의 손가락이 있는 그립퍼입니다. 각각의 손가락은 직렬로 연결된 HALVE 액추에이터의 세 개의 파우치에 의해 제어됩니다. 이 로봇은 900볼트를 제공하는 작은 배터리로 작동되는 전원 공급 장치로 작동됩니다. 배터리와 전원 공급 장치의 무게는 함께 15그램에 불과합니다

전원 및 제어 전자 장치를 포함한 전체 그립퍼의 무게는 45그램입니다. 작은 크기에도 불구하고, 그립퍼는 코드로 공중으로 들어올릴 때 자체 무게를 지탱하며 매끄러운 플라스틱 물체를 단단히 잡을 수 있습니다.

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ETH 취리히의 로봇공학 교수인 Robert Katzschmann은 "이 예는 HALVE 작동기가 얼마나 작고, 가볍고, 효율적인지를 탁월하게 보여줍니다. 그것은 또한 우리가 통합된 근육으로 작동되는 시스템을 만드는 우리의 목표에 거대한 한 걸음 더 다가갔다는 것을 의미합니다."라고 말했습니다