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エンジニアは、ロボットの自己治癒筋肉を開発します

ネブラスカ大学リンカーンエンジニアリングチームは、人間と植物の皮膚が検出および自己治癒した怪我をする能力を模倣するソフトロボット工学とウェアラブルシステムの開発に近い別のステップです。 エンジニアのエリック・マークヴィッカは、大学院生のイーサン・クライングスとパトリック・マクマニガルとともに、ジョージア州アトランタで開催されたロボット工学と自動化に関するIEEE国際会議で、パンクまたは極度の極度からの損傷を特定できるソフトロボット技術のシステムレベルのアプローチを設定し、自己繰り返しの場所を紹介します。 この論文は、ICRA 2025 Best Paper Awardファイナリストとして選択された1,606の提出物のうち39件の1つでした。また、最高の学生論文賞とメカニズムとデザインのカテゴリのファイナリストでもありました。 チームの戦略は、自然に触発された設計原則をインポートするソフトロボットシステムの開発における長年の問題を克服するのに役立つ可能性があります。 「私たちのコミュニティでは、柔らかい素材を使用して伝統的な剛性システムを複製することと、バイオミミクリーへの大きな動きに対する大きな推進力があります」と、Markvicka、Robert F.、およびMyrna L. Krohn Biomedical Engineeringの助教授は言いました。 「柔らかくてコンフォーマルな伸縮性のある電子機器とアクチュエーターを作成することができましたが、多くの場合、ダメージに反応して自己修復を開始する能力に生物学を模倣しません。」 そのギャップを埋めるために、彼のチームは、システムが損傷を識別して見つけて、すべて外部介入なしで自己修復メカニズムを開始できる多層アーキテクチャを特徴とするインテリジェントで自己修復する人工筋肉を開発しました。 「人体と動物は驚くべきものです。私たちは切断されて傷つき、かなり深刻な怪我をすることができます。そして、ほとんどの場合、包帯や薬の非常に限られた外部用途では、私たちは多くのことを自己癒すことができます」とマークヴィッカは言いました。 「合成システム内でそれを複製できれば、それは実際にフィールドを変え、電子機器とマシンについての考え方を変えます。」 チームの「筋肉」、またはアクチュエーターは、エネルギーを物理的な動きに変換するロボットの一部である - 3つの層を持っています。下部 - 損傷検出層 - は、シリコンエラストマーに埋め込まれた液体金属マイクロドップレットで構成される柔らかい電子スキンです。その皮膚は、硬い熱可塑性エラストマーである中央の層、自己修復成分に付着しています。上部には作動層があり、水で圧力をかけると筋肉の動きを開始します。 プロセスを開始するために、チームは、マイクロコントローラーとセンシング回路に接続されている筋肉の底部「スキン」に5つの監視電流を誘導します。その層への穿刺または圧力の損傷は、トレース間の電気ネットワークの形成を引き起こします。システムは、この電気フットプリントを損傷の証拠として認識し、その後、新しく形成された電気ネットワークを通過する電流を増加させます。 これにより、そのネットワークはローカルジュールヒーターとして機能し、電流のエネルギーを損傷の領域の周りの熱に変換できます。数分後、この熱は溶けて、中央の熱可塑性層を再処理し、損傷を封印します - 事実上自己治癒します。 最後のステップは、下層の電気フットプリントの損傷を消去することにより、システムを元の状態に戻すことです。これを行うために、Markvickaのチームは、電流が金属原子を移動させるプロセスである電流の影響を活用しています。この現象は、動きを回路の材料に変形させ、デバイスの故障と破損につながるため、伝統的に金属回路の障害と見なされています。 主要なイノベーションでは、研究者は電気駆動を使用して、自律的で自己修復システムを作成するための努力を長い間悩ませてきた問題を解決しています。ベースラインモニタリングトレースをリセットする機能がなければ、システムはダメージと修復の複数のサイクルを完了することはできません。 それは、電気駆動が物理的に金属イオンを分離し、開いた回路の故障を引き起こす能力を備えているため、新しく形成された痕跡を消去する鍵である可能性があることを研究者に襲った。戦略は機能しました。現在をさらに増やすことで、チームはダメージ検出ネットワークをリセットする電気駆動および熱障害メカニズムを誘導できます。 「エレクトロマイニングは一般的に大きなネガティブと見なされている」とマークヴィッカは言った。 「これは、電子機器の小型化を妨げているボトルネックの1つです。ここでは、ユニークで本当に前向きな方法で使用します。それが起こらないようにする代わりに、初めて、私たちが使用していた痕跡を消去するために初めてそれを利用しています。」 自律的に自己修復技術は、多くの産業に革命をもたらす可能性があります。ネブラスカのような農業州では、小枝、とげ、プラスチック、ガラスなどの鋭いオブジェクトに頻繁に遭遇するロボットシステムの恩恵になる可能性があります。また、毎日の摩耗に耐えなければならないウェアラブルな健康監視装置に革命をもたらす可能性があります。 このテクノロジーは、社会にもより広く利益をもたらすでしょう。ほとんどの消費者ベースの電子機器の寿命は1年または2年しかあり、毎年数十億ポンドの電子廃棄物に貢献しています。この廃棄物には、人間と環境の健康を脅かす鉛や水銀などの毒素が含まれています。自己修復技術は、潮を食い止めるのに役立ちます。 「損傷が発生した時期を通過して自律的に検出できる材料の作成を開始し、これらの自己修復メカニズムを開始することができれば、それは本当に変革的であるでしょう」とMarkvicka氏は言いました。 #エンジニアはロボットの自己治癒筋肉を開発します