Mesterséges izmok és az alakváltozásuk mérésére alkalmas nanoszálak fejlesztése
Napjainkban egyre népszerűbbek a lágy aktuátorok, másnéven mesterséges izmok. A mesterséges izmok továbbfejlesztése számos ipari alkalmazás mellett orvostechnikai vonatkozásban is áttörést hozhatna. Mesterséges izmokkal traumák által okozott, vagy izomsejteket érintő genetikai betegségek miatt kialakult funkciókieséseket lehetne megszüntetni, valamint az időskori mobilitást hosszabb ideig meg lehetne őrizni, ha az elöregedett, gyenge izmokat az elhasználódott ízületekhez hasonlóan – csípő, térd – ki lehetne cserélni műtéti úton. Alkalmazásuk a biomimetikus protéziseknek is új lendületet adhatna, hiszen a nehéz elektromotorokat nagy fajlagos teljesítménnyel rendelkező mesterséges izmokra cserélhetnénk.
A manapság létező mesterséges izom konstrukciók még főleg ipari, vagy rehabilitációs célra készülnek, közülük talán a McKibben féle mesterséges izmok a legígéretesebbek. Ezek a mesterséges izmok egy egyszerű, mégis robosztus szerkezettel rendelkeznek, amelyek hasonlítanak az emberi izom szálas felépítésére. Maga az izom egy zárt, általában elasztomer cső túlnyomás által okozott radiális expanzióját alakítja át axiális megrövidüléssé egy fonatolt erősítőháló segítségével [1]. A korábbi kutatások leírják az elasztomer cső alakváltozása és az izom megrövidülése közti elméleti összefüggéseket, így a tényleges alakváltozás mérése egy fontos lépés lenne egy jobb konstrukció létrehozásának irányába.
Elektro-szálképzési eljárással előállított nanoszálaknak számtalan felhasználási területük van, kezdve a viselhető elektronikai eszközöktől az emberi mozgások méréséig. A nanoszálakból készített nyúlásmérő szenzorok előnye, hogy rendkívül nagy, akár több száz százalékos nyúlások mérésére is alkalmasak [2]. Ez azért fontos mert a McKibben féle mesterséges izmokban lévő elasztomer cső az izom megrövidülése során hagyományos szenzorokkal nem mérhető alakváltozást szenved.
A dolgozat célja egy megrövidülés mérésére szenzorosan képes McKibben féle mesterséges izom koncepciójának kidolgozása volt, melynek felépítése és működése orvostechnikai célokra optimalizált. Ennek elérése érdekében a dolgozat során vizsgáltam az elektro-szálképzéssel létrehozott nyúlásmérő nanoszálak főbb mechanikai és villamos paramétereit, a McKibben féle mesterséges izmok működési elvét felülvizsgálva javaslatot tettem a radiális expanziót okozó belső nyomás forrásának és vezérlésének továbbfejlesztésére, valamint kísérletet tettem egy szenzorral ellátott mesterséges izom létrehozására.
Irodalom:
1. Tondu B. Modelling of the McKibben artificial muscle: A review. Journal of Intelligent Material Systems and Structures. 2012;23(3):225-253. doi:10.1177/1045389X11435435
2. Seyedin, Shayan et al.: Textile strain sensors: a review of the fabrication technologies, performance evaluation and applications, Mater. Horiz. 2019;6(2):219-249. doi:10.1039/C8MH01062E
szerző
-
Szigetvári Gergő
Mechatronikai mérnöki alapszak (BSc)
alapképzés (BA/BSc)
konzulensek
-
Dr. Molnár Kolos
egyetemi docens, Polimertechnika Tanszék -
Dr. Ender Ferenc
Egyetemi Docens, Elektronikus Eszközök Tanszék -
Csekő Richárd
PhD hallgató, Elektronikus Eszközök Tanszék
