Специалисты Инженерной школы при Университете Райса в Хьюстоне (США) построили удобную дополнительную конечность, способную хватать предметы и двигаться, питаясь только сжатым воздухом, накачиваемым при ходьбе. Об этом сообщает портал TechiAi. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
Экспериментальные роботизированные устройства, разработанные и построенные инженерами Университета Райса под руководством доцента кафедры машиностроения Дэниела Престона, ориентированы прежде всего на людей с ограниченными возможностями и достаточно прочны для повседневного использования.
Прототип новой роботизированной «руки» представляет собой кусок ткани, который облегает тело, когда он не используется, а при активации устройство вытягивается наружу. Эластомерная подкладка на рабочей поверхности роботизированной «руки» позволяет ей удерживать скользкие предметы.
Во время демонстрации устройства ведущий соавтор разработки, выпускница Университета Райса Рэйчел Шведа (ныне офицер береговой охраны США) управляла «пневмо-рукой» с помощью переключателя. Престон отметил, что будущие версии устройства могут иметь датчики, которые предугадывают намерения владельца и завершают движение.
В дополнение к этой роботизированной рукоятке, которая способна надежно брать и удерживать чашку или другие мелкие предметы, в лаборатории Престона также создали рубашку с сильфонным приводом, прикрепленным к подмышечной впадине, который расширяется, позволяя владельцу поднять предмет весом до 5 кг. Тестирование этой «умной одежды» на манекене показало, что она может работать без помощи человеческих мышц.
«Статистика переписи населения говорит, что около 25 миллионов взрослых в Соединенных Штатах испытывают трудности с поднятием руками 5-килограммовых предметов. Хотя это то, что обычно делают люди в повседневной жизни, собирая предметы домашнего обихода или даже ребенка», – отметил Ануп Раджаппан, еще один ведущий соавтор последней разработки Университета Райса.
Эти вспомогательные устройства работают на основе пневматики – от сжатого воздуха, который вырабатывается пользователем при ходьбе. Испытания, проведенные в лаборатории Университета Райса, показали, что такая пневматическая система производит мощность, эквивалентную 3 Вт, с эффективностью преобразования более 20%, легко превосходя электромагнитные, пьезоэлектрические и трибоэлектрические стратегии сбора энергии.
Для работы пневматической системы требуется два компонента: текстильные насосы, встроенные в подошвы обуви для ходьбы, которые собирают давление воздуха, и пневматические приводы, которые используют это давление там, где это необходимо. Насосы заполнены пенополиуретаном с открытыми порами, что позволяет им восстанавливать свою форму после каждого шага.
Престон пояснил, что помпа достаточно мала, чтобы быть удобной. «Жесткость пены примерно такая же, как у обычной обувной вставки», – сказал он. По его словам, все компоненты, требующиеся для изготовлении одного устройства, обходятся лаборатории примерно в 20 долларов. Готовые изделия просты в сборке и достаточно прочны, чтобы их можно было стирать в стиральной машине без ухудшения характеристик.
Наряду с продемонстрированными прототипами своих роботизированных устройств, лаборатория Престона также разработала математические модели, чтобы предсказать, насколько хорошо такое вспомогательное устройство будет работать в зависимости от различных параметров, в том числе веса пользователя и скорости ходьбы. Одним из способов дальнейшего продвижения вперед, по словам разработчиков, будет использование модели для оптимизации производительности для определенных групп пользователей.
«Мы также думаем о создании таких устройств, как пневматические приводы, которые применяют терапевтическую компрессию при тромбозах глубоких вен», – сказал Раджаппан. Престон добавил к этому, что дальнейшие разработки с использованием пневматической системы будут включать в себя «такие вещи, как перчатки, которые помогают людям сжимать руки, помощь как в локтевых, так и в плечевых суставах, и другие устройства, которые по-прежнему полагаются на обычно жесткие и громоздкие источники питания, которые либо неудобны, либо требуют привязки к внешней инфраструктуре».