V současné době se setkáváme s pozoruhodným vzestupem tzv. měkkých robotů, sofistikovaných medicínských zařízení a nositelnými technologiemi. Zajímavým vývojem v této oblasti je nedávný úspěch týmu výzkumníků z Korejského pokročilého institutu vědy a technologie (KAIST), kde pod vedením profesora IlKwona Oha z katedry strojního inženýrství, byl vyvinut fluidní spínač. Tento spínač, unikátní svou schopností pracovat na ultra nízkém napětí, je zároveň efektivní svou schopností generovat impozantní sílu, která je 34krát větší než jeho vlastní hmotnost. Tato inovace je zásadní pro řízení směru pohybu kapalin, což má široké uplatnění v mnoha oblastech.
Datum 4. ledna 2024 se stalo mezníkem, kdy KAIST, vedený prezidentem Kwang-Hyung Leem, oznámil vývoj tohoto měkkého fluidního spínače. Jeho fungování na ultra nízkém napětí a adaptabilita pro použití v omezených prostorech představuje významný pokrok v technologickém světě.
Umělé svaly, které tým vyvinul, jsou inspirací lidské anatomie a nabízejí flexibilitu a přirozenost pohybu, což je významný krok od tradičních motorů. Tyto svaly reagují na externí stimuly, jako je elektřina, vzduchový tlak nebo změny teploty, umožňující tak přesnou kontrolu pohybu.
Elektro-iontový měkký aktuátor
Tradiční motorové spínače se ukázaly jako nepraktické v omezených prostorech kvůli své velikosti a tuhosti. Řešením, které představil výzkumný tým, je elektro-iontový měkký aktuátor, zařízení, které přeměňuje energii (např. elektrickou, hydraulickou či pneumatickou) na fyzický pohyb. Tato komponenta dokáže řídit tok kapalin v úzkém prostředí a generovat přitom významnou sílu.
Umělý sval tvořený kovovými elektrodami a iontovými polymery, reaguje na elektrický proud a generuje pohyb. Využití polysulfonovaného kovalentního organického rámce (pS-COF) na povrchu elektrody zvyšuje efektivitu tohoto systému, což umožňuje generování impozantní síly při minimální spotřebě energie.
Obrázek 1 – Midjourney V6: Robotic Hand
Sval tenký jako lidský hlas, ale silný jako býk
Výsledek je ohromující – sval, tenký jako lidský vlas, může vygenerovat sílu 34krát větší než jeho vlastní hmotnost 10 mg. To umožňuje hladký pohyb a přesné řízení toku kapaliny při nízkém napětí.
Profesor IlKwon Oh, vedoucí výzkumu, zdůraznil potenciál elektrochemického měkkého fluidního spínače, který se otevírá v mnoha oblastech, od měkkých robotů až po mikrofluidiku. Tato technologie přináší významné možnosti pro aplikace v chytrých vláknech a biomedicínských zařízeních.
Využití v praxi
- Medicínské protetika a rehabilitační zařízení: Umělé svaly umožňují vytváření pokročilých protetických končetin, které poskytují přirozenější pohyb a větší kontrolu pacientům. Také mohou být použity v zařízeních pro rehabilitaci po zranění nebo operaci, podporujíce obnovu motorických funkcí.
- Nositelná technologie a exoskelety: Využití v exoskeletech pro zvyšování fyzické síly a vytrvalosti u pracovníků v průmyslu nebo pro podporu osob s omezenou mobilitou. Nositelná technologie může zahrnovat chytré oblečení, které reaguje na pohyby uživatele a podporuje jeho aktivitu.
- Robotika a umělá inteligence: Integrace do měkkých robotů pro průmyslové, zemědělské nebo domácí použití. Tito roboty nabízejí bezpečnější a adaptabilnější interakci s lidmi a prostředím, ideální pro komplexní úlohy nebo pro práci v náročných nebo dynamických prostředích.
Tento výzkum, jehož hlavním autorem byl Dr. Manmatha Mahato, výzkumný profesor na KAIST, byl publikován v prestižním časopise Science Advances dne 13. prosince 2023. Studie, která byla podpořena Národní výzkumnou nadací Koreje, představuje významný pokrok v oblasti měkké robotiky a nositelné technologie, otevírá nové možnosti pro budoucí aplikace v různých průmyslových odvětvích.
Shrnutí
- KAIST vyvinul fluidní spínač s umělými svaly z iontových polymerů, který pracuje na ultra-nízkém napětí a generuje sílu 34krát větší, než je jeho hmotnost.
- Spínač může být využit v měkkých robotech, medicínských zařízeních a nositelných technologiích.
- Vyvinutý umělý sval se skládá z kovových elektrod a iontových polymerů a reaguje na elektrický proud.
- Výzkum vedl k přesnému řízení toku kapalin s nízkým výkonem, což otevírá nové možnosti v různých průmyslových oblastech.
Zdroj
- ScienceDaily. (2024, January 11). Artificial Muscle Device Produces Force 34 times its weight. ScienceDaily. https://www.sciencedaily.com/releases/2024/01/240111113200.htm
