Il Dipartimento di Scienze Meccaniche ed Ingegneria (MechSE) dell’Università dell’Illinois ha realizzato un nuovo dispositivo biomedico in grado di ridare la funzionalità motoria a pazienti che per svariate cause l’abbiano perduta.
Stiamo parlando dei nuovi muscoli artificiali, ancora più forti e resistenti dei modelli precedenti. Sono stati realizzati in fibre di carbonio unite ad una gomma polimerica, il polidimetilsilossano (PDMS).
Sono avvolti in una struttura a spirale, formando complessi in grado di sollevare fino a 12600 volte il proprio peso.
Sono in grado di sostenere anche 60 MPa di sforzo meccanico e produrre un lavoro specifico (espresso in J/kg) 18 volte maggiore a quello dei muscoli naturali.
“La gamma di applicazioni di questi muscoli artificiali, a basso costo e leggeri, è molto ampia e coinvolge diversi campi come la robotica, la protesica, l’ortesica e i dispositivi di assistenza umana“, spiega Caterina Lamuta del MechSE.
La contrazione dei filamenti è resa possibile grazie alla pressione interna generata dalla gomma siliconica. Tale stimolo può essere indotto applicando tensione, calore o causandone il rigonfiamento con l’applicazione di un solvente, come l’esano liquido.
Questa pressione spinge le fibre di carbonio verso l’esterno causando l’espansione del diametro del muscolo ed il conseguente accorciamento di tutta la sua lunghezza.
La caratterizzazione sperimentale è avvenuta applicando una tensione continua al filamento, avente l’estremità superiore fissa e un carico attaccato a quella inferiore, che provocasse il risaldamento della gomma.
I risultati hanno evidenziato prestazioni eccellenti senza che venisse richiesta un’elevata tensione in ingresso. Nello specifico, un fascio muscolare dal diametro di 0.4 mm è stato in grado di sollevare di 3,6 cm circa 1,9 litri di acqua, con una tensione applicata di soli 0,172 V/cm.
I ricercatori hanno, inoltre, proposto un modello matematico che possa favorire anche chi vorrà continuare a sviluppare e migliorare questa tecnologia.
“Il modello matematico che abbiamo proposto è un utile strumento di progettazione per adattare le prestazioni dei muscoli artificiali a spirale in base alle diverse applicazioni.
Inoltre, il modello fornisce una chiara comprensione di tutti i parametri che giocano un ruolo importante nel meccanismo di attuazione, e questo incoraggia i lavori di ricerca futuri verso lo sviluppo di nuove tipologie di fibre muscoli rinforzate con proprietà potenziate”, conclude Lamuta.
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