Forscher am MIT Media Lab und am Politecnico di Bari haben neue lautlose künstliche Muskelfasern für Roboter entwickelt, die möglicherweise Roboterbewegungen und tragbare Hilfsgeräte verändern könnten. Die als elektrofluidische Fasermuskeln bekannte Technologie wurde in einem in Science Robotics veröffentlichten Artikel detailliert beschrieben.
Das Forschungsteam unter der Leitung des MIT-Doktoranden Ozgun Kilic Afsar und des Politecnico di Bari-Professors Vito Cacucciolo kombiniert zwei Technologien: dünne McKibben-Aktuatoren und miniaturisierte elektrohydrodynamische (EHD) Pumpen. Dieses System ermöglicht Bewegungen ohne Motoren oder externe Pumpen und beseitigt die Einschränkungen, mit denen flüssigkeitsbetriebene Softroboter bisher konfrontiert waren.
Die EHD-Pumpen erzeugen Druck in einem versiegelten Flüssigkeitsraum und ermöglichen so eine Bewegung ohne mechanische Teile. Jede EHD-Pumpe ist leicht, wiegt nur wenige Gramm und ist in der Dicke mit einem Zahnstocher vergleichbar. Durch die Verwendung eines antagonistischen Designs, bei dem ein Aktuator kontrahiert, während der andere entspannt, ahmt das System menschliche Muskelinteraktionen nach.
Afsar erklärte: „Wir haben diese Konfiguration nicht nur aus Gründen der Biomimikry gewählt, sondern weil wir eine Möglichkeit brauchten, die Flüssigkeit innerhalb des Muskeldesigns zu speichern.“ Durch diese Konfiguration entfällt die Notwendigkeit eines externen Flüssigkeitsreservoirs, was den Einsatz von flüssigkeitsbetriebenen Robotern außerhalb von Laborumgebungen eingeschränkt hat.
Die Fasern können in verschiedenen Konfigurationen angeordnet werden, die biologischem Muskelgewebe ähneln, was eine engere Packung in Robotersystemen ermöglicht. Zu den Demonstrationen der Technologie gehörten ein Bizeps-Trizeps-Paar, das einen 3D-gedruckten Roboterarm steuerte, und ein Hebelarm, der Objekte in nur 100 Millisekunden abfeuern konnte.
Herbert Shea, Professor an der Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, lobte die Arbeit als einen bedeutenden Fortschritt in der sanften Betätigung. Er bemerkte: „Das Fehlen beweglicher Teile in der Pumpe macht diese Muskeln geräuschlos, ein großer Vorteil für Prothesen und Hilfsmittel.“
Das MIT-Politecnico-Team geht davon aus, dass diese künstlichen Muskeln in verschiedenen Anwendungen eingesetzt werden könnten, von Exoskeletten, die das Heben schwerer Lasten unterstützen sollen, bis hin zu Geräten zur Wiederherstellung der Geschicklichkeit. Cacucciolo fügte hinzu: „Überall dort, wo Fluidaktuatoren zum Einsatz kommen oder Ingenieure externe Pumpen durch interne ersetzen möchten, könnten diese Konstruktionsprinzipien auf ein breites Spektrum von fluidbetriebenen Robotersystemen angewendet werden.“ Die Forschung wurde vom Europäischen Forschungsrat und dem mehrfach geförderten Konsortium des MIT Media Lab unterstützt.
