RU2654680C1 - Artificial muscle with improved accuracy of movements - Google Patents
Artificial muscle with improved accuracy of movements Download PDFInfo
- Publication number
- RU2654680C1 RU2654680C1 RU2017119912A RU2017119912A RU2654680C1 RU 2654680 C1 RU2654680 C1 RU 2654680C1 RU 2017119912 A RU2017119912 A RU 2017119912A RU 2017119912 A RU2017119912 A RU 2017119912A RU 2654680 C1 RU2654680 C1 RU 2654680C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- artificial muscle
- nylon
- fiber
- artificial
- nerve
- Prior art date
Links
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
- A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
- A61F2/02—Prostheses implantable into the body
- A61F2/08—Muscles; Tendons; Ligaments
Abstract
Description
Изобретение относится к области бионического протезирования, а именно к искусственным мышцам, представляющим собой композиционные материалы, способные сокращаться под воздействием слабых электрических импульсов. Искусственная мышца может быть использована в медицине как составная часть бионических конечностей или же как самостоятельный имплантат, а также в робототехнике при производстве экзоскелетов и высокоточных манипуляторов.The invention relates to the field of bionic prosthetics, namely to artificial muscles, which are composite materials that can contract under the influence of weak electrical impulses. Artificial muscle can be used in medicine as an integral part of bionic limbs or as an independent implant, as well as in robotics in the production of exoskeletons and high-precision manipulators.
Исследователи из Института нанотехнологий Техасского университета (США) рассматривали в качестве искусственных мышц нейлоновое и полиэтиленовое волокна (http://nauka21vek.ru/archives/56843, 26.02.2014).Researchers from the Institute of Nanotechnology, University of Texas (USA) considered nylon and polyethylene fibers as artificial muscles (http://nauka21vek.ru/archives/56843, 02.26.2014).
Исследователи из Стенфордского университета (США) разработали группу эластомеров под названием Fe-Hpdca-PDMS, которые также предлагается рассмотреть как аналог биологической мышцы. Новые эластомеры состоят из длинных, беспорядочно переплетенных полимерных цепей, содержащих кремний, кислород, азот и атомы углерода, смешанных с солями железа. Благодаря особой химической формуле эти эластомеры могут не только достаточно сильно растягиваться, но и способны «залечивать» дефекты, возникающие в процессе эксплуатации (https://scientificrussia.ru/articles/iskusstvennaya-myshtsa-lechit-samu-sebya, 21.04.2016).Researchers from Stanford University (USA) have developed a group of elastomers called Fe-Hpdca-PDMS, which are also proposed to be considered as an analogue of biological muscle. New elastomers consist of long, randomly interwoven polymer chains containing silicon, oxygen, nitrogen and carbon atoms mixed with iron salts. Due to the special chemical formula, these elastomers can not only stretch quite strongly, but can also “heal” defects that arise during operation (https://scientificrussia.ru/articles/iskusstvennaya-myshtsa-lechit-samu-sebya, 04/21/2016) .
Однако неясно, каким образом слабый нервный импульс может привести данные искусственные мышцы в движение.However, it is unclear how a weak nerve impulse can set these artificial muscles in motion.
Вместе с тем была разработана искусственная мышца, взятая за прототип, в которой данная проблема разрешилась за счет одновременной подачи нервного импульса как на нейлоновое и/или полиэтиленовое волокно, так и на ультратонкие нити интерметаллидов с памятью формы, которые помещены в среду, обладающую необходимыми физико-механическими свойствами и состоящую по меньшей мере из одного полиорганосилоксана, по меньшей мере одной эпоксидной смолы и по меньшей мере одного катализатора полимеризации эпоксидной смолы (RU 2563815 C1, A61F 2/08, 20.09.2015).At the same time, an artificial muscle was developed, taken as a prototype, in which this problem was solved by simultaneously supplying a nerve impulse both to a nylon and / or polyethylene fiber, as well as to ultra-thin filaments of intermetallic compounds with shape memory that are placed in an environment that has the necessary physical -mechanical properties and consisting of at least one polyorganosiloxane, at least one epoxy resin and at least one epoxy resin polymerization catalyst (RU 2563815 C1, A61F 2/08, 09/20/2015).
Однако описанная мышца обладает недостатками, связанными со сложностью ее изготовления, надежностью, точностью движений и длительной настройкой перед эксплуатацией. Незначительный нагрев нейлонового волокна под воздействием слабых электрических импульсов приводит к очень незначительному сжатию, и таким образом, может понадобиться длительное время на то, чтобы искусственная мышца, сопоставимая по длине с настоящей, начала полноценно сокращаться. Для повышения чувствительности необходимо использовать ультратонкое высокочистое нейлоновое и/или полиэтиленовое волокно и, соответственно, очень тонкие находящиеся с ним в одной системе нити интерметаллидов с памятью формы, что снижает прочность искусственной мышцы. При несоблюдении этих условий ее работоспособность резко падает. Вместе с тем из-за малых величин нервных импульсов использовать большее количество волокон и интерметаллидных нитей для повышения надежности не представляется возможным.However, the described muscle has disadvantages associated with the complexity of its manufacture, reliability, accuracy of movements and lengthy tuning before use. Slight heating of the nylon fiber under the influence of weak electric impulses leads to very slight compression, and thus, it may take a long time for the artificial muscle, comparable in length to the real one, to begin to fully contract. To increase the sensitivity, it is necessary to use ultra-thin high-purity nylon and / or polyethylene fiber and, accordingly, very thin intermetallic filaments with a shape memory located with it in the same system, which reduces the strength of the artificial muscle. If these conditions are not observed, its performance drops sharply. However, due to the small values of nerve impulses, it is not possible to use a larger number of fibers and intermetallic filaments to increase reliability.
Задачей предложенного изобретения является разработка более функциональной и надежной искусственной мышцы.The objective of the proposed invention is the development of a more functional and reliable artificial muscle.
Техническим результатом предложенного изобретения является повышение прочности, улучшение точности движений искусственной мышцы, увеличение скорости ее сокращения и расслабления при передаче нервного импульса от искусственного нерва, соединенного с живым, упрощение ее настройки, обеспечение возможности использовать искусственные мышцы большей длины.The technical result of the proposed invention is to increase strength, improve the accuracy of the movements of an artificial muscle, increase the speed of its contraction and relaxation when transmitting a nerve impulse from an artificial nerve connected to a living nerve, simplifying its setup, making it possible to use artificial muscles of greater length.
Технический результат достигается за счет того, что предложенная искусственная мышца представляет собой среду по меньшей мере из одного полиорганосилоксана, по меньшей мере одной эпоксидной смолы и по меньшей мере одного катализатора полимеризации эпоксидной смолы, указанная среда прошита одной или более нитями по крайней мере одного интерметаллида с памятью формы и нейлоновым и/или полиэтиленовым волокном, при этомThe technical result is achieved due to the fact that the proposed artificial muscle is a medium of at least one polyorganosiloxane, at least one epoxy resin and at least one epoxy polymerization catalyst, said medium is sewn with one or more threads of at least one intermetallic s shape memory and nylon and / or polyethylene fiber, wherein
нейлоновое и/или полиэтиленовое волокно соединено с термоэлектрическим преобразователем продольной формы, расположенным вдоль указанного волокна.a nylon and / or polyethylene fiber is connected to a longitudinally shaped thermoelectric transducer located along said fiber.
Для дополнительного упрочнения, придания мышце сглаженных и более прямолинейных движений она может быть также прошита нитями эластомера.For additional hardening, giving the muscle smoother and more straightforward movements, it can also be stitched with elastomer threads.
Для увеличения амплитуды сокращения искусственной мышцы под действием электрического импульса желательно, чтобы нейлоновое и/или полиэтиленовое волокно было скручено по спирали.To increase the amplitude of contraction of an artificial muscle under the influence of an electric pulse, it is desirable that the nylon and / or polyethylene fiber be twisted in a spiral.
Для увеличения реакции мышцы на импульс тока и дополнительного улучшения точности движения желательно, чтобы одна или более нитей по крайней мере одного интерметаллида с памятью формы были скручены по спирали.In order to increase the muscle response to the current impulse and to further improve the accuracy of movement, it is desirable that one or more threads of at least one intermetallic with shape memory be twisted in a spiral.
Для дополнительного увеличения скорости сокращения искусственной мышцы, более плавного начала и конца ее сокращения под действием электрического импульса, а также для снижения внутреннего трения желательно, чтобы одна или более нитей по крайней мере одного интерметаллида с памятью формы были скручены с нейлоновым и/или полиэтиленовым волокном по спирали вокруг друг друга.For an additional increase in the rate of contraction of an artificial muscle, a smoother start and end of its contraction under the influence of an electric impulse, and also to reduce internal friction, it is desirable that one or more threads of at least one intermetallic with shape memory be twisted with nylon and / or polyethylene fiber in a spiral around each other.
Для повышения сцепления одна или более нитей по крайней мере одного интерметаллида с памятью формы и нейлоновое и/или полиэтиленовое волокно могут быть соединены со средой по меньшей мере из одного полиорганосилоксана посредством склеивания или высокотемпературного нагрева с последующим охлаждением.To enhance adhesion, one or more threads of at least one shape memory intermetallic and nylon and / or polyethylene fiber can be connected to the medium from at least one polyorganosiloxane by bonding or high temperature heating followed by cooling.
В качестве катализатора полимеризации эпоксидной смолы можно использовать катализатор Граббса, который является наиболее доступным и распространенным.As a catalyst for the polymerization of epoxy resin, you can use the Grubbs catalyst, which is the most affordable and common.
Для дополнительного упрочнения, увеличения скорости сокращения под действием тока и улучшения восприимчивости к слабым токовым импульсам искусственная мышца может быть дополнительно прошита волокном углеродных нанотрубок.For additional hardening, increasing the contraction rate under the influence of current, and improving the susceptibility to weak current pulses, the artificial muscle can be additionally stitched with carbon nanotube fiber.
В случае соприкосновения нескольких искусственных мышц для уменьшения трения между ними желательно, чтобы на их поверхность был нанесен слой из полиметилсилоксана.In the case of contact of several artificial muscles to reduce friction between them, it is desirable that a layer of polymethylsiloxane is applied to their surface.
Как и прототип, предложенная мышца приходит в движение за счет синхронного воздействия электрического (нервного) импульса на интерметаллидные нити с памятью формы и на нейлоновое и/или полиэтиленовое волокно. Умный материал «интерметаллид-волокно», в свою очередь, в ответ на тот или иной нервный импульс принимает определенное положение.Like the prototype, the proposed muscle is set in motion due to the synchronous effect of an electric (nerve) impulse on intermetallic filaments with shape memory and on nylon and / or polyethylene fiber. Smart material “intermetallic fiber”, in turn, takes a certain position in response to a particular nerve impulse.
Наличие между волокном искусственной мышцы и передатчиком электрического импульса (например, искусственным нервом) термоэлектрического преобразователя (элемента Пельтье), преобразующего электричество в тепловую энергию, увеличит чувствительность данного волокна к импульсу тока, поскольку ему свойственно лучше сокращаться непосредственно под тепловым воздействием, нежели от электрического нагрева, и повысит как скорость сокращения мышцы, так и скорость ее расслабления.The presence of a thermoelectric transducer (Peltier element) between the fiber of the artificial muscle and the transmitter of an electric pulse (for example, an artificial nerve) that converts electricity to thermal energy will increase the sensitivity of this fiber to a current pulse, since it is better to contract directly under thermal influence than from electric heating , and will increase both the rate of muscle contraction and the rate of its relaxation.
При протекании тока через контакт входящих в состав термоэлектрического преобразователя двух полупроводниковых материалов с разными уровнями энергии электронов (например, теллурида висмута Bi2Te3 и твердого раствора SiGe) в зоне проводимости, электрон должен приобрести энергию, чтобы перейти в более высокоэнергетическую зону проводимости другого полупроводника. За счет этого эффекта при поглощении этой энергии происходит охлаждение места контакта полупроводников. При протекании тока в обратном направлении происходит нагревание места контакта полупроводников, которое немного усиливается за счет обычного теплового эффекта.When a current flows through the contact of two semiconductor materials included in the thermoelectric converter with different electron energy levels (for example, Bi 2 Te 3 bismuth telluride and SiGe solid solution) in the conduction band, the electron must acquire energy in order to transfer to the higher-energy conduction band of another semiconductor . Due to this effect, when this energy is absorbed, the contact point of the semiconductors is cooled. When the current flows in the opposite direction, the contact point of the semiconductors is heated, which is slightly enhanced due to the usual thermal effect.
Таким образом, при передаче нервного импульса через термоэлектрический преобразователь будет происходить усиленный эффектом Пельтье нагрев волокна, а при прекращении нервного импульса за счет остаточного тока, обусловленного током заряжения двойных электрических слоев, образующихся на мембране аксона живого нерва или же на границе раствора ионов натрия и калия и электропроводящего полимера искусственного нерва (RU 2564558 С1, A61F 2/00, 10.10.2015), и протекающего в обратном направлении, будет происходить в некоторой степени охлаждение соприкасающейся с волокном стороны термоэлектрического преобразователя, что сократит время расслабления искусственной мышцы за счет более быстрого остывания волокна - таким образом снизится вероятность эффекта, схожего с миотонией (болезнью Томсена) живых мышц.Thus, during the transmission of a nerve impulse through a thermoelectric converter, fiber heating enhanced by the Peltier effect will occur, and upon termination of the nerve impulse due to the residual current due to the charging current of the double electric layers formed on the axon membrane of the living nerve or at the boundary of the solution of sodium and potassium ions and the conductive polymer of the artificial nerve (RU 2564558 C1, A61F 2/00, 10/10/2015), and flowing in the opposite direction, there will be some cooling in contact the fiber side of the thermoelectric converter, which will reduce the relaxation time of the artificial muscle due to faster cooling of the fiber - thus reducing the likelihood of an effect similar to myotonia (Thomsen's disease) of living muscles.
Образование двойного электрического слоя на межфазной границе электропроводящий полимер/раствор ионов натрия и калия при протекании через искусственный нерв тока, в свою очередь, является очевидным вследствие энергетически неравноценного состояния ионов на границе фаз и в объеме раствора. Двойной электрический слой также возникает на границах живых нервных волокон, что объясняется малой пропускной способностью мембраны по отношению к ионам натрия, концентрация которых вне клетки значительно больше, чем внутри нее (Дамаскин Б.Б., Петрий О.А. Современная электрохимия, М., Наука, 1965, с. 82), однако данный слой отвечает, в первую очередь, за формирование мембранного потенциала нейрона в невозбужденном состоянии (потенциала покоя). Остаточный же ток, позволяющий охладить рабочую поверхность элемента Пельтье, образуется в большей степени за счет двойного электрического слоя на границе раствора ионов натрия и калия и электропроводящего полимера искусственного нерва.The formation of a double electric layer at the interface of an electrically conductive polymer / solution of sodium and potassium ions during the flow of current through an artificial nerve, in turn, is obvious due to the energetically unequal state of the ions at the phase boundary and in the volume of the solution. A double electric layer also arises at the borders of living nerve fibers, which is explained by the low throughput of the membrane with respect to sodium ions, the concentration of which outside the cell is much higher than inside it (Damaskin B. B., Petri O. A. Modern electrochemistry, M. , Nauka, 1965, p. 82), however, this layer is primarily responsible for the formation of the membrane potential of a neuron in an unexcited state (resting potential). The residual current, allowing to cool the working surface of the Peltier element, is formed to a greater extent due to the double electric layer at the boundary of the solution of sodium and potassium ions and the electrically conductive polymer of the artificial nerve.
Описанный положительный эффект не способны обеспечить обыкновенные электропроводящие материалы, нагревающиеся под действием электричества, например, краски, которые предложили использовать Исследователи из Массачусетского технологического института (Seyed М. Mirvakili, Ian W. Hunter «Multidirectional Artificial Muscles from Nylon». Advanced materials. Volume 29, Issue 4, January 25, 2017).The described positive effect is not able to provide ordinary electrically conductive materials that heat up under the influence of electricity, for example, paints that were suggested by the researchers from the Massachusetts Institute of Technology (Seyed M. Mirvakili, Ian W. Hunter “Multidirectional Artificial Muscles from Nylon.” Advanced materials. Volume 29 , Issue 4, January 25, 2017).
Наличие элемента Пельтье снижает время, необходимое для разработки (настройки) имплантата, поскольку под воздействием непосредственно теплового импульса сокращение волокна будет проходить лучше, нежели от незначительного электрического нагрева при его совмещении с нервом по схеме параллельного соединения проводников. В то же время в прототипе сокращение волокна отчасти обуславливается сокращением нитей интерметаллида, которые работают с ним в одной системе, что в целом ослабляет искусственную мышцу.The presence of a Peltier element reduces the time required for the development (adjustment) of the implant, since under the influence of a direct heat pulse, the fiber reduction will take place better than from insignificant electrical heating when it is combined with the nerve according to the parallel connection of conductors. At the same time, in the prototype, the contraction of the fiber is partly due to the contraction of the intermetallic filaments that work with it in the same system, which generally weakens the artificial muscle.
Повышение чувствительности волокна позволит использовать в искусственной мышце большее количество волокон, а также немного увеличить толщину волокна и интерметаллидных нитей, что повышает надежность и прочность мышцы.Increasing the sensitivity of the fiber will allow using more fibers in the artificial muscle, as well as slightly increasing the thickness of the fibers and intermetallic filaments, which increases the reliability and strength of the muscle.
Кроме того, поскольку при большей чувствительности к электрическим импульсам волокно будет сокращаться в большей степени самостоятельно, нежели в связи с сокращением интерметаллидных нитей, это повысит точность движений.In addition, since with a greater sensitivity to electric impulses, the fiber will contract more independently than in connection with the reduction of intermetallic filaments, this will increase the accuracy of movements.
Поскольку работа любого термоэлектрического преобразователя основана на эффекте Пельтье, при котором происходит выделение или поглощение тепла при прохождении электрического тока в месте контакта (спая) двух разнородных проводников, процесс нагрева волокна будет обеспечиваться в системе «живой или искусственный нерв - искусственная мышца» без дополнительных источников питания за счет нервных импульсов.Since the operation of any thermoelectric converter is based on the Peltier effect, in which heat is released or absorbed when an electric current passes at the junction of two dissimilar conductors, the process of heating the fiber will be provided in the "live or artificial nerve - artificial muscle" system without additional sources nutrition due to nerve impulses.
Для равномерного нагрева волокна по всей длине за счет большей площади соприкосновения, что положительно скажется на скорости сокращения и точности движений искусственной мышцы, необходимо, чтобы термоэлектрический преобразователь имел продольную форму и был расположен вдоль нейлонового и/или полиэтиленового волокна.For uniform heating of the fiber along the entire length due to the larger contact area, which will positively affect the speed of contraction and accuracy of the movements of the artificial muscle, it is necessary that the thermoelectric transducer has a longitudinal shape and is located along the nylon and / or polyethylene fiber.
В первое время после вживления бионической мышцы при попытке пациента совершить ею движение рекомендуется внешне механически помогать этому - таким образом интерметаллидные нити быстрее «запомнят», какое положение им нужно принимать при том или ином электрическом импульсе.At first, after implantation of the bionic muscle, when the patient tries to make a movement, it is recommended to mechanically help this outwardly - thus the intermetallic filaments will more quickly “remember” what position they need to take with a particular electrical impulse.
ПримерыExamples
Были изготовлены три образца цилиндрической формы размером 50×7 мм.Three cylindrical specimens 50 × 7 mm in size were made.
Вначале произвели смешивание полиорганосилоксана, эпоксидной смолы и катализатора ее полимеризации, причем смешивание проводили в две стадии. На первой стадии при температуре его плавления в полиорганосилоксан, аккуратно помешивая его по часовой стрелке, добавили небольшое количество отвердителя полиорганосилоксана - перекись бензоила. Вслед за этим - после небольшого загущения, в него ввели эпоксидную смолу. Когда по мере остывания и действия отвердителя смесь стала еще более густой, продолжая ее аккуратно помешивать по часовой стрелке, на второй стадии в нее ввели катализатор полимеризации эпоксидной смолы.First, the polyorganosiloxane, the epoxy resin and the catalyst for its polymerization were mixed, and the mixing was carried out in two stages. At the first stage, at its melting point, a small amount of the polyorganosiloxane hardener, benzoyl peroxide, was added to the polyorganosiloxane, gently stirring it clockwise. Following this - after a slight thickening, an epoxy resin was introduced into it. When, as the hardener cools down and the hardener acts, the mixture becomes even thicker, continuing to gently stir it clockwise, in the second stage an epoxy polymerization catalyst was introduced into it.
Равномерное помешивание в одном направлении постепенно загущающегося полиорганосилоксана и поочередное введение эпоксидной смолы (при менее густой консистенции среды) и катализатора ее полимеризации (при более густой консистенции среды) привели к тому, что данные компоненты постепенно застыли в массе полиорганосилоксана, имея фазовое разделение между собой и в большей степени не прореагировав. При этом, поскольку смола была введена при менее густой консистенции среды, ее распространение в искусственной мышце является более обширным, в отличие от катализатора полимеризации.Uniform stirring in one direction of gradually thickening polyorganosiloxane and the sequential introduction of epoxy resin (with a less thick consistency of the medium) and a catalyst for its polymerization (with a thicker consistency of the medium) led to the fact that these components gradually solidified in the mass of polyorganosiloxane, having phase separation between themselves and largely unreacted. Moreover, since the resin was introduced at a less thick consistency of the medium, its distribution in the artificial muscle is more extensive, in contrast to the polymerization catalyst.
Практически застывшую полученную смесь загрузили в цилиндрическую форму, остудили до температуры 65°С, прошили ее насквозь вдоль оси цилиндра нитями интерметаллида, нитями эластомера, нейлоновым и полиэтиленовым волокном, предварительно соединенным с микроэлементом Пельтье продольной формы (15×1,2×0,8 мм), состоящим из нескольких пар полупроводников (Bi2Te3 и твердого раствора SiGe).The practically frozen mixture was loaded into a cylindrical form, cooled to a temperature of 65 ° C, stitched right through the cylinder axis with intermetallic filaments, elastomer threads, nylon and polyethylene fiber pre-connected with a Peltier microelement of longitudinal shape (15 × 1.2 × 0.8 mm), consisting of several pairs of semiconductors (Bi 2 Te 3 and SiGe solid solution).
После этого полученную заготовку остудили до комнатной температуры, в процессе чего произошло ее доотверждение и прочная фиксация нитей в среде, и извлекли из формы. Прошивку производили либо прямой иглой, либо иглой, выполненной по спирали. Состав и характеристика образцов представлены в таблице 1.After that, the obtained preform was cooled to room temperature, during which it was finally cured and the filaments were firmly fixed in the medium, and removed from the mold. The firmware was made either with a straight needle or with a needle made in a spiral. The composition and characteristics of the samples are presented in table 1.
Образцы прошили насквозь двумя проводками токопроводящего полимера - политиофена, таким образом, что проводки имели площадь соприкосновения с каждой нитью интерметаллида, а также были соединены с контактами элемента Пельтье.The samples were pierced through with two wires of a conductive polymer - polythiophene, so that the wires had a contact area with each thread of the intermetallic compound, and were also connected to the contacts of the Peltier element.
Верхнюю часть образца со вставленными в него проводками закрепили в сдавливающем металлическом кольце, а провода из токопроводящего полимера подключили к источнику питания.The upper part of the sample with the wires inserted into it was fixed in a squeezing metal ring, and the wires from the conductive polymer were connected to a power source.
Через нижнюю часть образца предложенной мышцы продели капроновую нитку с подвешенной гирькой массой 300 г. Мышцу-прототип испытывали гирькой массой 250 г.A nylon string with a suspended weight of 300 g was passed through the lower part of the sample of the proposed muscle. The prototype muscle was tested with a weight of 250 g.
Далее на образец начали подавать ток по следующему режиму: 1,5 секунды - подача тока, 1 секунда - пауза, при этом после первого импульса для предложенной мышцы и третьего для мышцы-прототипа замерялись время задержки сигнала (время отклика), скорость и степень сокращения. После каждого импульса за счет конденсаторных явлений в источнике питания имел место быть незначительный остаточный ток.Then, the current was started to be supplied to the sample in the following mode: 1.5 seconds - current supply, 1 second - pause, and after the first pulse for the proposed muscle and the third for the prototype muscle, the signal delay time (response time), speed and degree of reduction were measured . After each pulse, due to capacitor phenomena in the power source, there was a slight residual current.
После этого образцам нанесли повреждения: в средней его части сделали прорезь, повредив нити и волокна. Затем 1-й и 3-й образцы оставили в покое, а на 2-й, 4-й и 5-й начали подавать ток в третий раз по тому же режиму.After that, the samples were damaged: a cut was made in the middle part, damaging the threads and fibers. Then the 1st and 3rd samples were left alone, and on the 2nd, 4th and 5th, they started to supply current for the third time in the same mode.
Характеристика подаваемого тока, свойства и реакции искусственной мышцы на импульсы тока, температуру окружающей среды и повреждения приведены в таблице 2.The characteristics of the supplied current, properties and reactions of the artificial muscle to current pulses, ambient temperature and damage are shown in table 2.
Согласно полученным данным, полноценное сокращение предложенной искусственной мышцы обеспечивается уже после первого импульса тока, в то время как у прототипа полноценное сокращение обеспечивается только после третьего импульса тока, при этом длина предложенной мышцы на 10 мм больше, чем у прототипа.According to the data obtained, a full reduction of the proposed artificial muscle is provided after the first current pulse, while the prototype is fully reduced only after the third current pulse, while the length of the proposed muscle is 10 mm longer than that of the prototype.
Средняя скорость расслабления после отключения токового импульса предложенной искусственной мышцы значительно выше, нежели у прототипа, у которого в некоторой степени проявляется миотония. Это позволяет сделать заключение об улучшенной точности движений предложенной мышцы.The average relaxation rate after turning off the current pulse of the proposed artificial muscle is significantly higher than that of the prototype, in which myotonia appears to some extent. This allows us to make a conclusion about the improved accuracy of the movements of the proposed muscle.
Наличие элемента Пельтье продольной формы, расположенного вдоль нейлонового и/или полиэтиленового волокна, позволяет использовать интерметаллидные нити и волокно большей толщины, что повысит надежность искусственной мышцы, при этом ее основные характеристики (время отклика, скорость и степень сокращения при подаче токового импульса, самовосстановление) остаются на удовлетворительном уровне.The presence of a Peltier element of a longitudinal shape located along nylon and / or polyethylene fiber allows the use of intermetallic filaments and a fiber of greater thickness, which will increase the reliability of the artificial muscle, while its main characteristics (response time, speed and degree of contraction when applying a current pulse, self-healing) remain at a satisfactory level.
Claims (8)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017119912A RU2654680C1 (en) | 2017-06-07 | 2017-06-07 | Artificial muscle with improved accuracy of movements |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017119912A RU2654680C1 (en) | 2017-06-07 | 2017-06-07 | Artificial muscle with improved accuracy of movements |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2654680C1 true RU2654680C1 (en) | 2018-05-21 |
Family
ID=62202347
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017119912A RU2654680C1 (en) | 2017-06-07 | 2017-06-07 | Artificial muscle with improved accuracy of movements |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2654680C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114790657A (en) * | 2022-05-07 | 2022-07-26 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | Bionic neuromuscular fiber and preparation method and application thereof |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1645131A1 (en) * | 1989-04-11 | 1991-04-30 | Ленинградский Политехнический Институт Им.М.И.Калинина | Artificial muscle |
| SU1787759A1 (en) * | 1990-05-21 | 1993-01-15 | Kb Rajonnyj Ts Nt Tvorchestva | Electronic-muscle device |
| JP2001112796A (en) * | 1999-10-14 | 2001-04-24 | Shigenao Maruyama | Auxiliary artificial cardiac muscle |
| US6408289B1 (en) * | 1993-06-11 | 2002-06-18 | Mri Devices Daum Gmbh | Shapeable elastic body with master unit and method of controlling |
| RU2559417C1 (en) * | 2014-05-14 | 2015-08-10 | Дмитрий Андреевич Журавлёв | Bionic extremity and method for manufacturing it |
-
2017
- 2017-06-07 RU RU2017119912A patent/RU2654680C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1645131A1 (en) * | 1989-04-11 | 1991-04-30 | Ленинградский Политехнический Институт Им.М.И.Калинина | Artificial muscle |
| SU1787759A1 (en) * | 1990-05-21 | 1993-01-15 | Kb Rajonnyj Ts Nt Tvorchestva | Electronic-muscle device |
| US6408289B1 (en) * | 1993-06-11 | 2002-06-18 | Mri Devices Daum Gmbh | Shapeable elastic body with master unit and method of controlling |
| JP2001112796A (en) * | 1999-10-14 | 2001-04-24 | Shigenao Maruyama | Auxiliary artificial cardiac muscle |
| RU2559417C1 (en) * | 2014-05-14 | 2015-08-10 | Дмитрий Андреевич Журавлёв | Bionic extremity and method for manufacturing it |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Hanus J. et al. Use of thermoelectric properties of materials with shape memory in medicine// Sb. Lek., Czech, 1998, 99(4):515-20, abstr. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114790657A (en) * | 2022-05-07 | 2022-07-26 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | Bionic neuromuscular fiber and preparation method and application thereof |
| CN114790657B (en) * | 2022-05-07 | 2023-04-07 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | Bionic neuromuscular fiber and preparation method and application thereof |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zhao et al. | Flexible nanogenerators for wearable electronic applications based on piezoelectric materials | |
| Ali et al. | Piezoelectric energy harvesters for biomedical applications | |
| Chen et al. | High-output lead-free flexible piezoelectric generator using single-crystalline GaN thin film | |
| Lee et al. | Self-powered flexible inorganic electronic system | |
| Lay et al. | The intrinsic piezoelectric properties of materials–a review with a focus on biological materials | |
| CN106301062B (en) | Deformable friction nanometer power generator and electricity-generating method, motion sensor and clothes | |
| Liu et al. | Anti-bacterial silk-based hydrogels for multifunctional electrical skin with mechanical-thermal dual sensitive integration | |
| Niu et al. | Biodegradable silk fibroin-based bio-piezoelectric/triboelectric nanogenerators as self-powered electronic devices | |
| RU2654680C1 (en) | Artificial muscle with improved accuracy of movements | |
| CN110256697A (en) | A kind of high tough and strain sensitive polyvinyl alcohol aqueous ionomer gel sensing material and its preparation method and application | |
| CN106612078A (en) | Friction electricity generator with conductive liquid as electrode, generating method and sensor | |
| Wan et al. | A review on PVDF nanofibers in textiles for flexible piezoelectric sensors | |
| Jeong | Toward bioimplantable and biocompatible flexible energy harvesters using piezoelectric ceramic materials | |
| Wang et al. | Expedient secondary functions of flexible piezoelectrics for biomedical energy harvesting | |
| CN110311586B (en) | Vegetable protein friction nano generator and application thereof | |
| KR101494213B1 (en) | Self-powered generator, method for manufacturing the same and piezoelectric enery-harvesting device using the generator | |
| Hasan et al. | Recent progress in hydrogel-based sensors and energy harvesters | |
| Leng et al. | Tethering of twisted-fiber artificial muscles | |
| Dong et al. | Programmable contractile actuations of twisted spider dragline silk yarns | |
| Duan et al. | Tendon-inspired anti-freezing tough gels | |
| Kaur et al. | Fabrication of composite material based nanogenerator for electricity generation enhancement of food waste by-product | |
| Jiang et al. | Ultrastretchable composite organohydrogels with dual cross-links enabling multimodal sensing | |
| Abodurexiti et al. | Self-healing, anti-freezing hydrogels and its application in diversified skin-like electronic sensors | |
| Bairagi et al. | New Insights toward casein/polyvinyl alcohol electrospun nanofibrous webs as a piezoelectric-cum-triboelectric energy harvester | |
| Chary et al. | Fabrication and Transformation of K0. 5Na0. 5Nb0. 9Sb0. 1O3 Nanostructures to Nanofibers in PVDF-HFP Matrix for Flexible Nanogenerator-Based Thermal Management in Heat Pipes |