Inginerii elveţieni au creat primul motor în fir: cum funcționează

Un grup de ingineri de la Școala Federală Politehnică din Lausanne (EPFL) a reușit să creeze primul motor sub formă de fir din întreaga lume. Aparatul funcționează pe baza unui principiu electrostatic, de o simplitate uluitoare, și reprezintă o soluție eficace pentru una dintre cele mai mari provocări ale roboticii moderne: reprodusirea mișcărilor fine și naturale ale corpului uman, menționează Piataauto.md.

roboticii avansate s-au confruntat în ultimii ani cu o problemă tehnică semnificativă. În cazul mișcărilor de precizie, precum articularea degetelor unei mâini sau expresiile faciale, electromotoarele rotative obișnuite se dovedesc greoaie și greu de integrat.

Chiar dacă pinioanele, cremalierea și

Citește șiSpaceX critică operatorii care lansează sateliți, dar nu le dezvăluie traiectoria. Risc de coliziune cu rețeaua Starlink

Din această cauză, cercetătorii din toate colțurile lumii au încercat să creeze așa-numiți „mușchi artificiali” în formă de tendoane, capabile să se contracte și să se relaxeze.

Până în prezent, s-au testat sisteme pneumatice, substanțe gel, materiale polimerice și elastomeri dielectri care răspund la impulsuri termice sau electrice, însă opțiunile curente aduc cu ele numeroase restricții de construcție.

Crearea de către echipa elvețiană îndepărtează aproape toate obstacolele datorită unei structuri simple. Dintr-o perspectivă exterioară, dispozitivul arată ca un fir subțire.

În urma unei examinări la microscop, aparatul se constă în două fire în formă de spirală, unul introdus în interiorul celuilalt: firul interior are un diametru mai mic, iar firul exterior, mai gros, acționează ca carcasa fixă sau stator.

Motorul elvețian se diferențiază de motoarele electrice convenționale, care generează mișcare prin câmpuri electromagnetice, prin recurgerea la un câmp electric și la atracția electrostatică.

În fiecare fibră există trei fire subțiri din cupru, izolate electric și înfășurate în spirală, care constituie un circuit trifazic.

Când se aplică curent electric, ordonarea trei faze determină electrozii din fibra internă să încerce continuu să se alinieze cu electrozii din fibra externă.

forma elicoidă provoacă o forță axială constantă, făcând ca fibra internă să se deplaseze telescopic înainte și înapoi, în funcție de modul de reglare a tensiunii.

Originea conceptului pe care cercetătorii l-au dezvoltat se bazează pe un studiu teoretic emis în Japonia în anul 1994, deși a fost publicat, dar nu a fost pus în practică până în prezent.

Inginerii din cadrul EPFL au îmbunătățit conceptul și l-au convertit într-un dispozitiv pe deplin funcțional.

În scopul obținerii unui randament maxim, dispozitivul funcționează la tensiuni electrice ridicate, variind între 2.000 și 3.000 volți (2-3 kV), însă curentul este de doar 2,5 miliamperi pe canal, asigurând astfel o operare în condiții de siguranță.

O altă dificultate semnificativă a constat în eliminarea frecării dintre fibra internă și cea externă, o problemă care ar fi diminuat considerabil eficiența, mai ales dacă firul se îndoaie în timpul operării.

Oamenii de știință au soluționat această problemă prin aplicarea unui strat foarte subțire de ulei siliconic, care permite o mișcare fără frecare.

Un avantaj major al acestui motor este că distanța pe care o poate parcurge nu este restrânsă de elasticitatea materialului, spre deosebire de alte mușchi artificiali, ci doar de lungimea fibrei interne.

Rezultatele testelor confirmă că propulsia operează fără probleme, chiar și pe un fir de până la 100 de metri.

În experimentele de laborator, s-a constatat că motorul sub formă de fir are o putere de acționare remarcabilă în raport cu dimensiunile sale. Acest singur fir-motor poate ridica o sarcină de 75 de grame.

În timpul demonstrațiilor, doar patru motoare interconectate au reuşit să controleze un deget robotic, care susținea o ciocolată cu 46 de grame.

Utilizările concrete ale acestei inovații sunt extinse. Dacă se instalează circa zece dintre aceste motoare sub stratul artificial al unui robot umanoid, se pot genera expresii faciale foarte realiste și subtile, de la un zâmbet delicat până la ridicarea unei sprâncene.

Fibrele pot fi aranjate în grupuri dens pentru a crea structuri musculare elaborate. De exemplu, o rețea formată din 200 de fire integrate în brațul unui robot ar face ca palma să poată ridica greutăți de peste 15 kilograme.

Proiectul este coordonat de Sylvain Schaller, doctor în fizica dispozitivelor electronice, împreună cu profesorul Herbert Shea. Pentru a lansa produsul pe piață, Sylvain Schaller a creat deja startup-ul Elecsyor.

Noua tehnologie a motoarelor-fir poate transforma nu numai domeniul roboticii, dar și fabricarea protezelor medicale inteligente, proiectarea exoscheletelor și crearea de dispozitive de precizie extremă pentru industria microscopică.