Ramię jak trąba słonia

Robotyczne ramiona są kosztowne w budowie i niebezpieczne w użytkowaniu. Jeśli w mechanizmie wystąpi błąd, ludzie mogą zostać ranni. Nie dotyczy to jednakże projektu ISELLA, bionicznego ramienia robotycznego, które jest bezpieczne dla ludzi. Trąba słonia posłużyła jako inspiracja dla tego projektu.

Jest długa, szara, miękka i -obdarzona nie mniej niż 40 tysiącami mięśni – niezwykle zwinna. Słonie używają jej do chwytania obiektów oraz do picia. Swoimi trąbami dorosłe słonie mogą powalać drzewa i przesuwać ciężkie ładunki, a w dodatku potrafią wykonać również niezwykle delikatne operacje. Badacze z Instytutu Fraunhofera, działu Inżynierii Wytwórczej i Automatyzacji IPA w Stuttgarcie wykorzystali trąbę słonia jako model projektu. "Jej gibkość i dokładność natchnęły nas do stworzenia bionicznego ramienia robotycznego, nazwanego ISELLA" opowiada Harald Staab, badacz IPA, który wymyślił i opracował tę technologię.

Robotyczne kończyny bywają często niebezpieczne dla ludzi, którzy z nich korzystają. Niewielki problem techniczny może sprawić, że ramię wyrwie się spod kontroli. Jednak nie ISELLA. Podczas gdy konwencjonalne robotyczne ramiona mają jedynie jeden silniczek do napędzania każdego sztucznego stawu, ISELLA ma dwa, połączone w pary w taki sposób, że gdy jeden silnik zawiedzie, drugi przejmuje kontrolę nad implantem, nie dopuszczając do gwałtownych, niekontrolowanych ruchów. "Inaczej niż w przypadku pneumatycznych czy hydraulicznych systemów, nasze ramię ma proste, tanie mięśnie, składające się z małego silniczka elektrycznego z przełożeniem napędu i sznurkiem", wyjaśnia Staab.

W taki sam sposób, jak ścięgno łączy jeden mięsień z drugim, sznurek łączy dwa powiązane ze sobą elementy. Przekładnia jest załączona pośrodku sznurka. Kiedy wał się obraca, sznurek okręca się na nim, tworząc coś na kształt podwójnej spirali. Badacze nazwali to DOHELIX. "Wał nie jest szerszy od sznurka, ale jest wystarczająco wytrzymały, aby się nie złamać. W konsekwencji, układ ten ma wyższy współczynnik przełożenia niż konwencjonalne silniki z przekładnią", wyjaśnia Staab.

Wynik ten osiągnięto dzięki zastosowaniu elastycznych materiałów z bardzo wysokim współczynnikiem wytrzymałości na pękanie, z podobnych materiałów wytwarza się żagle dla jachtów i szybowce. W rezultacie DOHELIX jest dużo tańszy i bardziej wydajny energetycznie niż systemy z przekładniami. Jego wytrzymałość na rozciąganie jest o wiele rzędów wielkości wyższa niż własna waga i sprawia, że systemy oparte na koncepcji DOHELIXa mogą być użyte w aplikacjach każdej wielkości- od mikrometrycznych mięśni do dźwigów portowych.

Robotyczne ramię ISELLA zawiera dziesięć mięśni z technologią DOHELIX, pełniących rolę zginaczy i prostowników dla każdego stawu. Cztery z nich umieszczono w łokciu, a sześć w górnych partiach ramienia. Ramię jest tak samo elastyczne jak ludzkie. "Aktualnie pracujemy nad łokciem", komentuje Staab. Możliwe pola zastosowań to, między innymi, rehabilitacja – w terapii przywracania sprawności uszkodzonych kończyn, a także jako tani, giętki implant. Według Staaba, takie urządzenia mogłyby być wprowadzone do sprzedaży w ciągu dwóch lat.

Źródło: www.nauka.gildia.pl