DE102008045554A1

DE102008045554A1 - Artificial muscle comprises nanomotor which is formed from expanded external sleeve with stable longitudinal structure, where expanding unit is arranged in its interior, and external sleeve comprises six diamond-shaped individual plates

Info

Publication number: DE102008045554A1
Application number: DE102008045554A
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-05-29
Filing date: 2008-09-03
Publication date: 2009-12-03

Abstract

The artificial muscle comprises a nanomotor or a nano-power-cell (1) which is formed from an expanded external sleeve with six diamond-shaped individual plates (4) that are fastened one below the other by the flexible connections. The expanding unit is formed as a film with inclusions of fluid crystals of ferromagnetic elastomers or electroactive polymers. The film is radially wound with three layers, where the external layer comprises a non-conducting material whose surface area is coated on both sides with an electrically conducting material.

Description

Die Erfindung betrifft einen künstlichen Muskel, der aus einer Vielzahl von Nano-Motoren (in nachfolgenden Nano-Power-Cell genannt) besteht, wobei die Nano-Motoren die kleinste Einheit für die Herstellung komplexer muskulärer Strukturen für die Generierung längsmotorischer Kräfte sind.The The invention relates to an artificial muscle consisting of a Variety of nano-motors (called in subsequent nano-power-cell) exists, with the nano-motors the smallest unit for the production of complex muscular structures for are the generation of longitudinal motor forces.

Komplexe Strukturen wie zum Beispiel ein Muskel, deren Wirkung aus einer Vielzahl von seriellen und parallelen Nano-Power-Cellen gebildet ist, können für den vielfältigen Einsatz wie zum Beispiel in der Prothetik verwendet werden. Auf Basis der kleinen Nano-Power-Cell sind muskuläre Strukturen herstellbar, deren Eigenschaften menschlicher und tierischer Muskeln entspricht. Hebel und Drehbewegungen werden durch den Verlauf der Muskel-Strukturen hergestellt.complex Structures such as a muscle whose effect is a muscle Variety of serial and parallel nano-power cells formed is, can for the diverse use as used for example in prosthetics. Based on the small nano-power-cell are muscular structures to produce whose characteristics correspond to human and animal muscles. Levers and rotations are produced by the course of the muscle structures.

Neben dem Einsatz in der Prothetik ist die Nano-Power-Cell in allen Einsatzgebieten einsetzbar, in denen eine längswärts ziehende Kraftentwicklung anwendbar ist. Das gilt auch für rotierende Bewegungsabläufe, deren Bewegung aus mehreren Längskraftmaschinen erzeugt wird.Next Its use in prosthetics is the Nano-Power-Cell in all fields of application can be used, in which a long-pulling Force development is applicable. This also applies to rotating ones Movements whose movement consists of several longitudinal engines is produced.

Bekannt ist aus der DE 36 44 481 A1 eine Antriebseinheit für Bewegungsmechanismen, die auch ohne weiteres als Implantat im Bereich der biomedizinischen Technik einsetzbar ist.Is known from the DE 36 44 481 A1 a drive unit for movement mechanisms, which can also be easily used as an implant in the field of biomedical engineering.

In diesem Fall kann das Krafterzeugungselement als Muskelprothese Verwendung finden. Bei der beschriebenen Antriebseinheit bestehend aus mindestens einem Krafterzeugungselement, das einen von steifen Endteilen abgeschlossenen Innenhohlraum zur Begrenzung seines Arbeitsvolumens hat und von dem ein Abschnitt fest mit einem ersten Teil des Mechanismus und ein anderer Abschnitt zugfest mit einem weiteren Teil des Mechanismus verbindbar ist, um eine relative Lageveränderung der Teile gegeneinander zu bewirken, und mit einer Steuereinrichtung zur Veränderung des Arbeitsvolumens des Krafterzeugungselements, wobei das Krafterzeugungselement einen radialelastischen schlauchartigen Mantel hat, dessen Längsdehnung durch eine Stützstruktur begrenzt ist, so daß unter Einwirkung der Steuereinrichtung das Innenoberflächen- zu Volumenverhältnis unter Längenveränderung (ΔL) des Krafterzeugungselements veränderbar ist.In In this case, the force generating element can be used as a muscle prosthesis Find. In the described drive unit consisting of at least a force generating element which is one of rigid end parts Inner cavity to limit its working volume and has a section fixed with a first part of the mechanism and another section is tensile with another part of the mechanism connectable to a relative change in position of the parts to cause each other, and with a control device for change the working volume of the force-generating element, wherein the force-generating element has a radially elastic tube-like shell whose longitudinal expansion by a support structure is limited so that under action the controller the Innenoberflächen- to volume ratio under change in length (ΔL) of the force-generating element is changeable.

Der vorzugsweise längliche Mantel ist endseitig mit steifen Platten verbunden, deren Abstand durch Anhebung oder Absenkung des Innendruckes veränderbar ist, wodurch sich entweder eine Verkürzung oder das Zurückbewegen in die ursprüngliche Länge des Krafterzeugungselements ergibt. Verbunden sind die einzelnen Elemente durch Fluidanschluß an einem Ende des Krafterzeugungselements. Aufgrund der geringen Abmessungen der Krafterzeugungselemente sind die Fluidanschlüsse relativ dünn, das heißt kapillarförmig, auszubilden, wodurch eine Druckänderung nur sehr langsam erfolgen kann, was am Beispiel eines Muskels zu chameleonartigen Bewegungsgeschwindigkeiten führt.Of the preferably elongated coat is end to end with stiff Connected plates whose distance by raising or lowering the Internal pressure is changeable, resulting in either a Shortening or moving back to the original length of the force-generating element. Connected are the individual Elements by fluid connection at one end of the force-generating element. Due to the small dimensions of the force generating elements are the fluid connections are relatively thin, that is capillary, form, creating a pressure change can be done very slowly, what the example of a muscle too chameleon-like movement speeds leads.

Mit den runden Strukturen können zwar Muskelgruppen gebildet werden, jedoch haben diese Nachteile bei der Ausführung von Drehbewegungen. Für Drehbewegungen, zum Beispiel Arm- oder Fußdrehung, sind runde Strukturen des Blähkörpers ungeeignet, da diese sich bei quer angeordnetem Muskel im Moment der Krafterzeugung ineinander verziehen und dabei die erforderliche Kraftwirkung innerhalb des Muskels verbraucht wird.With Although the round structures can form muscle groups However, these disadvantages have in the execution of rotational movements. For rotational movements, for example arm or foot rotation, are round structures of the inflatable body unsuitable, as these are located at transversely arranged muscle at the moment The force generation distort each other while doing the required Force is consumed within the muscle.

Ein weiterer Nachteil besteht in der Erzeugung des Druckes. Die Aggregate zur Erzeugung der erforderlichen Drücke (pneumatisch, hydraulisch usw.) sind relativ groß auszubilden, wodurch es problematisch ist, diese am beweglichen Körper mitzuführen.One Another disadvantage is the generation of pressure. The aggregates to generate the required pressures (pneumatic, hydraulic, etc.) are relatively large form, which makes it problematic is to carry these on the moving body.

Bewegungsabläufe, wie beispielsweise dem menschlichen Skelett, basieren grundsätzlich auf ziehende Bewegungen. Zur Nutzung hochleistungsaktiver Elemente (EAP „Elektro-Aktiver-Polimere-Actuator” unterschiedlichster Ausprägungen oder der Nanotechnologie des natürlichen Muskels), wie von Flüssigkeitskristallen ferroelektrischer Elastomere, die schnelle Bewegungen zulassen und umweltunempfindlich sind, ist eine Konstruktion erforderlich, die eine Druckwirkung in eine Zugwirkung wandelt.Movements, such as the human skeleton, are basically based on pulling movements. To use high-performance elements (EAP "Electro-Active-Polimer-Actuator" various Manifestations or nanotechnology of the natural Muscle), as of liquid crystals ferroelectric Elastomers that allow fast movements and environmentally friendly are, a construction is required that has a printing effect transforms into a pulling effect.

Das technische Problem beruht auf einem äußerst leistungsarmen Antrieb bei gleichzeitig hoher Abgabeleistung. Die Konstruktion des Nano-Power-Cell-Antriebs ist so beschaffen, daß diese äußerlich so aufgebaut ist, daß der Antrieb fühlbar sehr weich und dem Muskel von Mensch und Tier optisch sehr ähnlich ist.The technical problem is based on a very low-power Drive with simultaneous high power output. The construction The Nano Power Cell Drive is designed to be externally is constructed so that the drive feels very soft and visually very similar to the human and animal muscle is.

Aufgabe und Zielsetzung ist ein biologisch ähnlicher Antrieb muskulärer Strukturen mit geringer Leistungsaufnahme für den Einsatz unterschiedlichster technischer und bionischer Einsatzgebiete.task and objective is a biologically similar drive muscular Low power structures for use various technical and bionic applications.

Der Antrieb wird aus einer Vielzahl von Nano-Motoren (Nano-Power-Cell) gebildet.Of the Drive is made of a variety of nano-motors (nano-power-cell) educated.

Die Nano-Power-Cell bildet die kleinste Einheit für die Herstellung komplexer muskulärer Strukturen für die Generierung längsmotorische Kraft, die eine Druck- in eine Zugwirkung wandelt. Komplexe Strukturen, wie zum Beispiel ein Muskel, dessen Wirkung aus seriellen und parallelen Nano-Power-Cell's gebildet ist, können für den vielfältigen Einsatz, wie zum Beispiel in der Prothetik, inneren Medizin, Robotik, Technik uvm. verwendet werden. Auf Basis der kleinen Nano-Power-Cell's sind muskulärer Strukturen herstellbar, deren Eigenschaften menschlicher und tierischer Muskeln entspricht. Hebel und Drehbewegungen werden durch den Verlauf der muskulären Strukturen hergestellt.The Nano-Power-Cell is the smallest unit for the production of complex muscular structures for the generation of longitudinal motor force, which converts a pressure into a tensile effect. Complex structures, such as a muscle whose effect is formed by serial and parallel nano-power cells, can be used for a variety of purposes, such as in prosthetics, internal medicine, robo tik, technology and much more. be used. On the basis of the small nano-power-cell's muscular structures can be produced, whose characteristics correspond to human and animal muscles. Levers and rotations are produced by the course of the muscular structures.

Die Nano-Power-Cell besteht aus einer wabenförmigen Mantelung, in der die schneckenförmig gewickelte Ausdehnungseinheit eingebettet ist. Die Flüssigkeitskristallmoleküle sind in Polymernetzwerke so eingebunden, daß diese beim Anlegen eines elektrischen Feldes eine Hebelwirkung ausüben. Die Ausdehnungseinheit besteht aus einer Wicklung, in der Flüssigkeitskristalle ferroelektrischer Elastomere eingebunden sind. Durch Anlegen eines elektrischen Feldes in der Maßeinheit von 1,5 kV/mm auf die Flüssigkeitskristalle entsteht eine Volumenausdehnung von derzeit ca. 4% der Nano-Power-Cell. In der Praxis liegt die Arbeitsspannung im für Mensch und Tier ungefährlichen Bereich, also unter 25 Volt. Durch Verminderung des elektrischen Feldes geht die Volumenausdehnung in seinen Ursprungszustand zurück. Die radiale Ausdehnung, die mittig stattfindet, führt zur Verkürzung der Nano-Power-Cell, die als Kraft für die Bewegungsabläufe angewendet wird.The Nano-Power-Cell consists of a honeycomb jacket, in the helically wound expansion unit is embedded. The liquid crystal molecules are integrated into polymer networks in such a way that they are used in Apply an electric field leverage effect. The expansion unit consists of a winding, in the liquid crystals Ferroelectric elastomers are involved. By applying an electric field in the unit of 1.5 kV / mm on the liquid crystals A volume expansion of currently about 4% of the Nano-Power-Cell arises. In practice, the working voltage is in the for human and Animal safe area, so under 25 volts. By reduction of the electric field, the volume expansion goes into its original state back. The radial expansion, which takes place centrally, leads to shorten the nano-power-cell, which acts as a force for the movements are applied.

Für die Ausdehnungseinheit sind auch andere Varianten der EAP-Familie einsetzbar. Der Nachbau des nanomotorischen Muskels von Lebewesen, wie dem Menschen, ist das Ziel der Ausdehnungseinheit.For the expansion unit are also other variants of the EAP family used. The replica of the nanomotor muscle of living things, such as man, is the goal of the expansion unit.

Anhand eines Ausführungsbeispieles soll die Erfindung näher erläutert werden.Based An embodiment of the invention is intended to be closer be explained.

Es zeigenIt demonstrate

1 – Außenansicht des Nano-Motors (Nano-Power-Cell) 1 - Exterior of the Nano-Motor (Nano-Power-Cell)

2 – Schnitt durch den Nano-Motor 2 - Cut through the nano-engine

3 – Schnitt A-A 3 - Section AA

4 – Schnittbild der Ausdehnungseinheit 4 - Cross-sectional view of the expansion unit

5 – schneckenförmig gewickelte Ausdehnungseinheit 5 - helically wound expansion unit

Der erfindungsgemäße künstliche Muskel besteht aus den Nano-Motoren 1 (Nano-Power-Cell's), welche aus radial wabenförmig angeordneten symmetrischen, als doppelte Dreiecksegmente ausgebildete Einzelplatten 4, die mittig beweglich sind, gebildet werden und im inneren eine Ausdehnungseinheit 5 aufweisen. Die äußeren Enden sind verschweißt. So besteht jede Nano- Power-Cell 1 aus sechs doppelten Dreiecksegmenten (Einzelplatten 4), die wabenförmig angeordnet sind, welche die innere Hülle 2 bilden und die Ausdehnungseinheit 5 umgeben (1).The artificial muscle according to the invention consists of the nano-motors 1 (Nano-Power-Cell's), which from radially honeycomb symmetrical arranged as double triangle segments formed individual plates 4 , which are centrally movable, are formed and inside an expansion unit 5 exhibit. The outer ends are welded. This is how every nano-power cell is made 1 from six double triangular segments (single plates 4 ), which are honeycombed, which the inner shell 2 form and the expansion unit 5 surround ( 1 ).

Der Zwischenraum zwischen der Ausdehnungseinheit 5 und den Dreiecksegmenten 4 wird mit einer Füllmasse 6 bestückt, die zur sofortigen Änderung der äußeren Hülle 8 führt, wenn sich die Ausdehnungseinheit 5 ausdehnt (2 und 3).The space between the expansion unit 5 and the triangle segments 4 comes with a filling 6 equipped for immediate change of the outer shell 8th leads when the expansion unit 5 expands ( 2 and 3 ).

Die Länge der Nano-Power-Cell 1 wird je nach Anwendung, zum Beispiel muskulärer Strukturen der Prothetik ca. vier bis sechs Millimeter betragen. Der Durchmesser ist von der Anzahl der Wicklungen des Kunststoffilms abhängig, der die Ausdehnungseinheit 5 bildet und liegt zwischen drei und vier Millimeter im nicht ausgedehnten Status.The length of the nano power cell 1 Depending on the application, for example, muscular prosthetic structures will be about four to six millimeters. The diameter depends on the number of windings of the plastic film, which is the expansion unit 5 forms and lies between three and four millimeters in unexpanded status.

Um die Nano-Power-Cell's 1 nach der Ausdehnung in seinen Ursprungszustand zu bringen, wird diese von einem leicht komprimierbaren Material umgeben, das gleichzeitig den Isolator für die angelegte Spannung bildet.To the Nano Power Cell's 1 After expansion, it is surrounded by an easily compressible material which at the same time forms the insulator for the applied voltage.

Durch die Volumenausdehnung 7 der Ausdehnungseinheit 5 vergrößert sich der Umfang im mittigen Bereich der Nano-Power-Cell 1. Durch diese Ausdehnung entsteht durch den eingestellten Winkel ein Zug auf die äußeren Enden der Dreiecksegmente 4, welcher zur Verkürzung der Nano-Power-Cell 1 führt. Die Verkürzung erzeugt die Zugkraft für den Muskel. Die Zugkraft ist für menschliche und tierische Skelettstrukturen unabdingbar, um Bewegungsabläufe zu realisieren.By the volume expansion 7 the expansion unit 5 the circumference increases in the central area of the Nano-Power-Cell 1 , Due to this expansion, a pull on the outer ends of the triangle segments is created by the set angle 4 , which helps to shorten the nano power cell 1 leads. The shortening creates the traction for the muscle. The tensile force is indispensable for human and animal skeletal structures in order to realize motion sequences.

Die Ausdehnungseinheit 5 (4 und 5) besteht aus zwei schneckenartig gewickelten, beidseitig leitfähigen und leicht dehnfähigen Kunststoffilmen. Die Kunststoffilme bilden die Feldplatten (Pol 1 und Pol 2) 10, 11, zwischen denen die Flüssigkeitskristalle 9 eingelagert sind. Die Wirkung der Ausdehnungseinheit 5 wird durch die Einlagerung der Flüssigkeitskristalle 9 in dem schneckenförmig gewickeltem Kunststoffilm verstärkt. Das bedeutet, daß zwischen den Kunststoffilmen und zwischen der Wicklung die Ausdehnung der Flüssigkeitskristalle 9 stattfindet.The expansion unit 5 ( 4 and 5 ) consists of two helically wound, conductive on both sides and easily stretchable plastic films. The plastic films form the field plates (pole 1 and pole 2) 10 . 11 between which the liquid crystals 9 are stored. The effect of the expansion unit 5 is due to the incorporation of the liquid crystals 9 reinforced in the helically wound plastic film. This means that between the plastic films and between the winding, the expansion of the liquid crystals 9 takes place.

Die Ausdehnung der Flüssigkeitskristalle 9 wird durch Anlegen einer Spannung erzeugt, die ein elektrisches Feld auf die Flüssigkeitskristalle 9 einwirken läßt. Die Flüssigkeitskristalle 9 der ferroelektrischen Elastomere werden durch das elektrische Feld gemäß der Feldstärke gleichgerichtet, wodurch die Volumenausdehnung 7 durch eine Hebelwirkung der Moleküle entsteht. Durch Verminderung der Feldstärke gehen die Flüssigkeitskristalle 9 in einen ungeordneten Zustand zurück.The expansion of the liquid crystals 9 is generated by applying a voltage that creates an electric field on the liquid crystals 9 allow to act. The liquid crystals 9 The ferroelectric elastomers are rectified by the electric field according to the field strength, whereby the volume expansion 7 caused by a lever effect of the molecules. By reducing the field strength, the liquid crystals go 9 back to a disordered state.

Die Reaktionszeit der Ausdehnungseinheit 5 liegt im Millisekundenbereich, daher muß eine Steuereinheit eingesetzt werden, die einen gleichmäßigen und angepaßten Bewegungsablauf ermöglicht.The reaction time of the expansion unit 5 is in the millisecond range, so must a tax ereinheit be used, which allows a smooth and adapted movement.

Die Versorgung der Nano-Power-Cell 1 mit der Steuerspannung für das elektrische Feld geschieht über Steckverbinder/Kupplung 3, die an beiden Enden der Zelle angebracht sind. Die Steckverbinder 3 werden über eine flexible Anschlußleitung mit der Ausdehnungseinheit 5 verbunden.Supplying the Nano Power Cell 1 with the control voltage for the electric field is done via connector / coupling 3 which are attached to both ends of the cell. The connectors 3 be via a flexible connection cable with the expansion unit 5 connected.

Die Enden der Nano-Power-Cell's 1 werden als Steckverbinder, die gleichzeitig als Kupplung 3 zwischen den einzelnen Nano-Power-Cell's 1 dienen, verwendet.The ends of the Nano Power Cell's 1 are called connectors, which at the same time as a clutch 3 between the individual nano-power-cell's 1 serve, used.

Die Anordnung mehrerer Nano-Power-Cell's 1 zu komplexen Muskelpaketen ist beliebig in allen geometrischen Formen umsetzbar. Dabei ist immer von der Tatsache auszugehen, daß ein Muskelpaket nur ziehen kann. Jede Gegenwirkung ist durch ein angesiedeltes komplementäres Muskelpaket vorzunehmen.The arrangement of several nano power cells 1 to complex muscle packages can be implemented arbitrarily in all geometric shapes. It is always to be assumed from the fact that a muscle package can only pull. Each counteraction is to be made by a settled complementary muscle package.

Bei komplexen geometrischen Aufbauten der Muskelpakete ist der Steuerungsmechanismus für alle zusammenwirkenden Muskelpakete entsprechend fein abzustufen.at complex geometric structures of muscle packages is the control mechanism for fine-tune all interacting muscle packages accordingly.

Durch den Einsatz der Nano-Motoren-Technologie werden sehr kleine Zellenkonstruktionen umgesetzt. Die Nano-Motoren 1 bewirken beim Anlegen einer Spannung eine Volumenausdehnung 7. Diese bewirkt eine Ausdehnung der Muskelzelle, wobei dadurch eine Verkürzung der Muskelzelle (Nano-Power-Cell 1) entsteht. Die Ausdehnung wirkt auf die sechs rautenförmigen Einzelplatten 4, die wabenförmig angeordnet sind. Die Kombination der parallelen und seriellen Anordnung der Nano-Power-Cell's 1 lassen rein äußerlich keinen wesentlichen Unterschied zu natürlichen Muskeln erkennen. Fühlbar sind dem Menschen sehr ähnliche Muskelkonsistenzen erzielbar.By using the nano-engine technology very small cell constructions are implemented. The nano engines 1 cause a volume expansion when applying a voltage 7 , This causes an expansion of the muscle cell, thereby shortening the muscle cell (Nano-Power-Cell 1 ) arises. The expansion affects the six diamond-shaped single plates 4 which are arranged honeycomb. The combination of the parallel and serial arrangement of the Nano-Power-Cell's 1 Outwardly, they do not show any significant difference to natural muscles. It is palpable that very similar muscle consistencies can be achieved.

Der Energiebedarf für den künstlichen Muskel, der aus einer Vielzahl von Nano-Power-Cell's 1 besteht, liegt bei einer Spitzenleistung von ca. 500 Watt. Diese Größenordnung ist erforderlich, um die üblichen Kraftentwicklungen z. B. des Menschen herzustellen. Hierbei wird ein Brennstoffzellenaggregat verwendet, welches in sehr kleinen Baugrößen erhältlich ist. Die Unterbringung dieser Brennstoffzelle ist im Innenraum der künstlichen Knochen möglich. Die Wärmeentwicklung der Brennstoffzelle wird für die Erwärmung der künstlichen Muskeln auf Körpertemperatur verwendet.The energy needed for the artificial muscle, which consists of a variety of nano-power cell 1 exists, is at a peak power of about 500 watts. This order of magnitude is necessary to the usual force developments z. B. of man. Here, a fuel cell unit is used, which is available in very small sizes. The accommodation of this fuel cell is possible in the interior of artificial bones. The heat development of the fuel cell is used for warming the artificial muscles to body temperature.

Längskräfte werden für alle erforderlichen Hebelwirkungen direkt umgesetzt. Die eingesetzte Wabenstruktur sorgt für einen hohen mechanischen Wirkungsgrad.longitudinal forces are implemented directly for all required leverage. The honeycomb structure used ensures a high degree of mechanical efficiency.

Querdrehungen sind durch die wabenförmige äußere Oberfläche umsetzbar, da sich hierbei eine zwangsläufige gegenseitige Stabilisierung der einzelnen Elemente des künstlichen Muskels untereinander einstellt und damit große Querdrehungskräfte realisierbar sind.cross twists are through the honeycomb outer surface feasible, since this is an inevitable mutual Stabilization of the individual elements of the artificial muscle adjusts with each other and thus great lateral forces can be realized are.

Durch die Verteilung von sechs rautenförmigen Zugelementen in einer Wabenstruktur werden hohe Zugkräfte, insbesondere durch das zähe Verhalten der einzelnen, sich selbst stabilisierenden Rauten, umsetzbar.By the distribution of six diamond-shaped tension elements in a honeycomb structure are high tensile forces, in particular through the tenacious behavior of the individual, self-stabilizing diamonds, implemented.

Schnelle Bewegungsabläufe sind bis in einen Bereich von 100 Millisekunden realisierbar, was für Aktivitäten von Lebewesen sehr schnell wäre. Alle Bewegungsabläufe werden so gesteuert, daß langsame und schnelle Bewegungen umsetzbar sind.speed Movements are within a range of 100 milliseconds feasible, what activities of living things would be very fast. All movements will be controlled so that slow and fast movements can be implemented are.

Die Steuerelemente für die Ansteuerung der Zellen sind rein elektronisch. Hierbei sind keinerlei mechanische Baugruppen, wie zum Beispiel Ventile, zur Steuerung notwendig. Alle Bewegungsabläufe sind geräuschlos. Die eingesetzten Spannungen liegen unter 25 Volt und sind für Lebewesen wie Mensch und Tier ungefährlich.The Controls for controlling the cells are pure electronically. Here are no mechanical assemblies, such as For example, valves, necessary for control. All movements are noiseless. The voltages used are below 25 Volt and are harmless to living things like humans and animals.

Die prozessorgesteuerten Computereinheiten, welche untereinander vernetzt sind, werden in den Innenraum der großen Knochen verlagert.The processor-controlled computer units which network with each other are moved into the interior of the big bones.

Die Software dient zur Steuerung kontinuierlicher Bewegungsabläufe mit selbstlernenden Algorithmen.The Software is used to control continuous motion sequences with self-learning algorithms.

Das Anwendungsgebiet erstreckt sich auf alle technischen Anwendungen, bei denen mechanische kraftgesteuerte Bewegungsabläufe benötigt werden.The Application area covers all technical applications, in which mechanical force-controlled motion sequences needed.

Dieser Antrieb ist für bionische Einsatzgebiete von Bedeutung, um daraus Körperersatzteile neuester Generation herzustellen. Der Vorteil dieses Antriebs ist die hohe Ähnlichkeit natürlicher muskulärer Antriebe menschlicher und tierischer Körperfunktionen. Mittels ausgefeilter Steuerungsmechanismen, bestehend aus Hard- und Software, der Anbindung am Nervensystem, Antriebsenergie aus Wasserstoff-Brennstoffzellen und modernster Verbindungen natürlicher Knochenteile mit künstlichen Werkstoffen für eine künstliche Knochenkonstruktion.This Drive is important for bionic applications, to make body spare parts of the latest generation. The advantage of this drive is the high similarity of natural muscular drives of human and animal bodily functions. Using sophisticated control mechanisms, consisting of hardware and software, the connection to the nervous system, drive power out Hydrogen fuel cells and state-of-the-art compounds more natural Bone parts with artificial materials for one artificial bone construction.

Das Einsatzgebiet ist für den künstlichen Muskel sehr breit gefächert. Er ist in der Prothetik, der inneren Medizin, der Robotertechnik, wie in allgemeinen technischen Anwendungen mit längs ziehenden Kräften einsetzbar.The Field of application is very much for the artificial muscle diversified. He is in prosthetics, internal medicine, robotics, as in general technical applications can be used along pulling forces.

11: Nano-Motor (Nano-Power-Cell)Nano engine (Nano-power cell)
22: innere Hülleinner shell
33: Kupplung/SteckverbinderCoupling / connector
44: Einzelplatten/Doppel-DreiecksegmenteIndividual plates / double triangle segments
55: Ausdehnungseinheitexpansion unit
66: Füllmassefilling compound
77: radiale Volumenausdehnungradial volume expansion
88th: äußere Hülleouter shell
99: Flüssigkeitskristalleliquid crystals
1010: Pol 1pole 1
1111: Pol 2pole 2

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- DE 3644481 A1 [0004]

Claims

Artificial muscle, characterized in that it comprises at least one nano-motor ( 1 ), whereby the nano-motor ( 1 ) of an expandable outer shell ( 8th ) is formed with a stable longitudinal structure and in its interior an expansion unit ( 5 ) is arranged.

Artificial muscle according to claim 1, characterized in that the outer shell ( 8th ) of six rhombic single plates ( 4 ), which are fastened to each other by means of flexible connections.

Artificial muscle according to claims 1 and 2, characterized in that the expansion unit ( 5 ) as a film with deposits of liquid crystals ( 9 ) ferromagnetic elastomers (EAP Electro Active Polimers) is formed.

Artificial muscle according to claim 3, characterized that the film is wound radially.

Artificial muscle according to Claims 3 and 4, characterized in that the film consists of at least three layers, the outer layers consisting of a nonconducting material whose surface is coated on both sides with an electrically conductive material, and the intermediate layers of the liquid crystals ( 9 ) ferromagnetic elastomers are loaded.

Artificial muscle according to Claims 1 to 5, characterized in that on the end faces of the outer shell ( 8th ) mechanical couplings ( 3 ) are integrated, which are formed simultaneously as electrical connectors and as a holder for the end portions of the diamond-shaped individual plates ( 4 ) serve.

Artificial muscle according to claims 1 to 6, characterized in that the pieces of diamond-shaped plates ( 4 ) formed sleeve is provided with a spring-loaded sheath.

Artificial muscle according to claim 7, characterized that the spring-loaded sheath of a non-conductive Plastic exists, at the same time as insulator of the nano-engine acts and serves the mechanical compression.

Artificial muscle according to Claims 1 to 8, characterized in that the space between the expansion unit ( 5 ) and the inside of the outer shell ( 8th ) is filled with a flexible plastic.