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由于智能金属线制成的肌肉 人工手能够敏感地做出反应

萨尔州大学的工程师通过在人工手上配备由形状记忆线制成的肌肉,从大自然的书中抽出一片叶子。这项新技术可以为工业应用和新型假肢装置制造灵活轻便的机器人手。肌肉纤维由超细镍钛合金线束组成,能够紧张和弯曲。材料本身具有感官特性,允许人工手执行极其精确的移动。斯特凡Seelecke教授领导的研究小组将展示他们的原型人工手,以及它如何利用汉诺威工业博览会形状记忆“金属肌肉”的 - 世界上最大的工业博览会 - 从4月13日至4月17日。

手是完美的工具。经过数百万年的发展,其“设计”当然可以说是成熟的。手部非常灵活,适应性强,肌肉,韧带,肌腱,骨骼和神经之间的完美互动长期以来一直渴望创造一种基于它的灵活工具。由萨尔大学Stefan Seelecke教授和机电一体化与自动化技术中心(ZeMA)领导的研究小组正在使用一种基于镍钛合金形状记忆特性的新技术。工程师们为人工手提供的肌肉由非常细的线材组成,其直径与人类头发相似,可以收缩和放松。

“形状记忆合金(SMA)导线比其他技术具有明显的优势,”Stefan Seelecke说。到目前为止,人造手,例如工业生产线中使用的手,依赖于许多复杂的背景技术。结果,它们依赖于其他装置和设备,例如电动机或气动装置,它们往往很重,相对不灵活,有时很大,而且也很昂贵。“相比之下,使用SMA线制造的人造肌肉制成的工具可以不用额外的设备,使它们轻便,灵活,适应性强。它们静默运行,生产成本相对较低。这些电线具有所有已知驱动机构的最高能量密度,这使它们能够在有限的空间内进行强大的运动,“Seelecke解释说。术语'形状记忆' 指的是导线能够“记住”其形状并在变形后返回到原始预定形状的事实。'镍钛合金的这种性质是材料内发生相变的结果。如果导线变热,例如,当导电时,材料会转变其晶格结构,使其像肌肉一样收缩,“Seelecke说。

工程师使用“智能”电线在人工手中发挥肌肉的作用。多股形状记忆线连接手指关节,并作为手指前侧的屈肌和后侧的伸肌。为了促进快速运动,工程师通过将非常细的线束分组成模拟肌肉纤维来复制自然人体肌肉的结构。这些电线束与棉线一样细,但具有粗线的拉伸强度。“在施加高张力的情况下,束可以快速收缩和放松,”Filomena Simone解释说,她是一名工程师,正在研究人工手的原型,作为她博士研究的一部分。“ 这种行为的原因是可以快速冷却,因为许多单独的导线具有更大的表面积,通过该表面可以散热。与单根粗线不同,一束非常细的线可以经历与人体肌肉中观察到的相当的快速收缩和伸展。因此,我们能够实现快速平滑的手指动作,“她解释说。

使用形状记忆金属线的另一个效果是,当有人在进行特定运动时进行干预时,手可以以自然的方式作出响应。这意味着人类可以与原型设备携手合作。半导体芯片控制SMA线的相对运动,允许进行精确的运动。而且系统不需要传感器。'制作电线的材料具有传感器特性。控制器单元能够解释电阻测量数据,以便在任何时候都知道电线的确切位置,“Seelecke说。这使得手和手指能够以高精度移动。该研究团队将在2015年汉诺威工业博览会上展示他们的系统原型,并通过手握和单个手指的受控运动展示该技术的潜力。研究人员希望继续开发原型并改进模拟人手的方式。这将涉及建模手部运动模式和利用SMA线的传感器特性。

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