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形状记忆合金线助力人工手臂

2019-04-24    来源:    
萨尔大学的工程师选用形状回忆材料制成人工手臂,能够容易捡起一片树叶。这项技能为柔性轻型机器人手臂制作工业以及新颖假肢制作业带来了福音。该人工手臂的肌纤维是由超细镍钛合金丝构成,使其能够完结缩短和挠曲。这种材料自身具有的传感特性,答应人工手臂进行极端准确的运动。在4月13日至4月17日的汉诺威工业饱览会上,Stefan Seelecke领导的研讨小组将展现他们的人工手臂原型,并展现怎么运用形状回忆“金属肌肉”。
  手是最理想的东西。经过数百万年的开展,大天然对手的规划能够说是一无是处,十分老练。手的移动性和适应性都十分强,而肌肉、韧带、肌腱、骨骼和神经之间的精深协作点着了人们开发如此灵敏的东西的期望。萨尔州大学机电工程与自动化技能中心Stefan Seelecke教授带领的研讨团队正在选用一种根据镍钛合金的新技能来打开研讨。工程师们用超细金属丝制成人工手臂,这种金属丝的直径与人类头发适当,且收放自如。
  “和其他技能比较,形状回忆合金线具有十分显着的优势,” Stefan Seelecke说。迄今为止,人工手臂具有十分复杂的技能布景,这使得它们十分依靠其他设备和设备,例如电动机或气动设备等。这样的结果是,它们往往十分粗笨、缺少灵敏性、噪声大且造价贵重。“相反,由SMA金属线制备的人工手臂不需要额定的设备,使得其十分简便、灵敏且适应性强,噪声小且造价相对低价。不仅如此,这些金属线具有很高的能量密度,为其在有限的空间中的运动供给了强有力的保证。” Seelecke解释道。
  “形状回忆”指的是这种金属线在变形后也能康复到原始形状。“镍钛合金这种特性是材料相变的必然结果。当材料变热今后,这种材料会改动其晶体结构,使得其就像肌肉相同。” Seelecke说。工程师选用了这种智能线组成人工手臂的肌肉。经过这种形状回忆金属丝衔接手指关节,并作为手指前侧屈肌和后伸肌。为了满意快速运动的要求,工程师经过将金属线分组成束,以仿照肌纤维的结构。这些金属线尽管细如棉丝,却强度惊人。“金属丝敏捷缩短和放松,一起具有很强的拉伸力。” Filomena Simone说。“这是因为很多的细线具有较大的表面积,使得热量能够敏捷散失,完结快速冷却的进程。和单粗丝线不同,这种极细金属线能够进行快速的缩短和扩展,就像人类的肌肉相同。其结果是咱们能够完结快速、天然的手指运动。”
  运用形状回忆金属线的另一个作用是,当这种人工手臂正在进行特定的运动时也能够对外界干涉进行呼应,这意味着人类能够和这样的机械设备携手协作。经过半导体芯片能够操控SMA金属线进行准确的运动。不仅如此,这种体系不需要传感器。“用这种材料制备的金属丝具有传感器的特性。操控单元经过电阻的丈量数据能够分析出某一时间金属线的准确方位。”Seelecke说。这使得手臂和手指能进行准确的运动。该研讨小组将在2015年汉诺威工业饱览会上展现其体系原型,并经过一些手臂和手指的动作来展现该技能巨大的潜力。
  研讨人员期望持续开发原型体系,并进步它模仿人手的方法。这将触及手的运动形式的建模以及SMA线材的传感特性。该研讨小组正在寻觅开发协作伙伴。
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