Biológiailag inspirált mesterséges izmok vizsgálata

Szigetvári Gergő BSc III. évf.

e-mail: szigetvari.gergo@gmail.hu

Konzulens: Dr. Molnár Kolos, Polimertechnika Tanszék

e-mail: molnar@pt.bme.hu

Az utóbbi időkben egyre nagyobb figyelmet kapnak a lágy aktuátorok – ezeket szokás mesterséges izmoknak is nevezni. A mesterséges izmok alkalmazhatók gyógyászati célokra is, jelenleg rehabilitációs eszközökként (exoskeletonként) próbálnak ilyen aktuátorokat használni [1], de az emberi izom ilyen módon történő helyettesítésére még nem volt példa. 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. Ilyen célokra mindenképpen testen belüli mesterséges izmokra lenne szükség.

A harántcsíkolt izmok igen kifinomult szerkezetek. Az evolúció sok millió éven át tökéletesítette őket, így rendkívüli tulajdonságokkal rendelkeznek – nagy fajlagos teljesítmény, hatásfok, alakváltozó képesség, gyors válaszidő. A szervezettel való közvetlen kapcsolat miatt az energiaellátás és átalakítás, valamint az idegi impulzussal történő szabályozás is adott. Egy szervezetbe ültetett mesterséges izomnak mindemellett biokompatibilisnek is kell lennie.

A kutatáshoz a McKibben-féle mesterséges izmot választottam, mivel az egy egyszerű, mégis robosztus szerkezet, amely hasonlít az emberi izom szálas felépítésére. Maga az izom egy belső – általában elasztomer – csőből, egy külső fonatolt erősítő hálóból, valamint egy végelemből és egy nyomáscsatlakozóból áll. A szerkezet működési elve az, hogy egy kettős spirálból fonatolt háló segítségével a belső nyomást alakítja át tengelyirányú erővé [2]. A fonatolt háló megfeleltethető pantográfok hálózatának, ahol a szálak által bezárt szöggel együtt az erőegyensúly is megváltozik, ezáltal lehetővé téve a tengelyirányú erőkifejtést.

A dolgozat célja a harántcsíkolt izmok egy mechanikai pótlásának feltérképezése volt. A kísérletek során egy szilikon gumitömlőből és fonatolt polietilén hálóból építettem meg ezt a szerkezetet. Jelen dolgozatban különböző méréseket végeztem, amelyek során az alapvető mechanikai tulajdonságokat térképeztem fel. A dolgozat során nagy hangsúlyt fektettem arra, biokompatibilitás és a szervezeten belüli stabil működés elméleti lehetősége meglegyen. Az eredmény egy olyan szerkezet lett, mely jól megközelíti a harántcsíkolt izmok tulajdonságait és egy megfelelő alapot ad az eddig ki nem dolgozott funkciók megvalósításához.

Irodalomjegyzék

[1] S. Balasubramanian, „RUPERT: An Exoskeleton Robot for Assisting Rehabilitation of Arm Functions,” in IEEE, 2008.

[2] B. Tondu, „Modelling of the McKibben artificial muscle: A review,” Journal of Intelligent Material Systems and Structures, 2012.

szerző

Szigetvári Gergő
Mechatronikai mérnöki alapszak (BSc)
alapképzés (BA/BSc)

konzulens

Dr. Molnár Kolos
egyetemi docens, Polimertechnika Tanszék

helyezés

I. helyezett