¿Qué son los Músculos Artificiales Neumáticos?
Los actuadores blandos, que generan fuerza mediante la deformación de un material flexible cuando recibe energía externa, también se denominan “músculos artificiales neumáticos” y se espera que se utilicen en dispositivos médicos, micromáquinas, robots humanoides, dispositivos vestibles y otras situaciones cercanas al ser humano, más allá de las aplicaciones de robots industriales para las que se han utilizado principalmente los actuadores convencionales. Se espera que el uso de músculos artificiales se extienda más allá de las aplicaciones de robots industriales para las que se han utilizado principalmente actuadores convencionales.
Existen varios tipos de músculos artificiales neumáticos, que se deforman mediante la aplicación de presión de fluidos como el aire o la presión hidráulica, y actuadores poliméricos, que se deforman aplicando energía eléctrica, magnética o química. En esta sección se describen los músculos artificiales neumáticos, que se contraen al aplicar presión de aire.
Músculos Artificiales Neumáticos al Aplicar Presión de Aire
Los músculos artificiales neumáticos son músculos artificiales tubulares que se contraen al aplicar presión de aire.
Se caracterizan por su elasticidad moderada y su elevado rendimiento en relación con el propio peso corporal, ya que utilizan un fluido compresible llamado aire.
Los músculos artificiales neumáticos de tipo McKibben son representativos de los músculos artificiales tubulares neumáticos, estudiados desde hace mucho tiempo y que están suscitando un interés renovado con el desarrollo de dispositivos vestibles y robots blandos.
Los músculos artificiales neumáticos constan de un tubo de goma y una trenza tejida alrededor de su circunferencia. La expansión radial del tubo de goma modifica el ángulo de la malla, como se muestra en el diagrama siguiente, produciendo una fuerza de contracción axial.
En el caso de los músculos artificiales neumáticos tipo McKibben, la presión aplicada suele rondar los 100~700 kPa (G); cuanto mayor sea la presión aplicada, mayor será la cantidad de contracción y mayor la fuerza contráctil máxima.
La cantidad de contracción puede llegar al 20% de la longitud inicial, y la fuerza contráctil generada puede controlarse en función del diámetro de los músculos artificiales neumáticos y de la presión aplicada.
Aplicaciones de los Músculos Artificiales Neumáticos
Se espera que los músculos artificiales neumáticos, que son ligeros y tienen una gran potencia, se apliquen a dispositivos vestibles y robots blandos, y el uso de músculos artificiales neumáticos como fuerza de asistencia en trajes de asistencia va en aumento.
Por otra parte, los músculos artificiales neumáticos se caracterizan por una pérdida de flexibilidad cuando aumenta la presión aplicada, lo que dificulta la obtención de una potencia y una flexibilidad elevadas cuando los músculos deben seguir los movimientos del cuerpo humano, por ejemplo en dispositivos vestibles.
En los últimos años, con la aparición de músculos artificiales neumáticos de pequeño diámetro, ha sido posible utilizarlos en paralelo para obtener una gran fuerza contráctil sin perder la flexibilidad del músculo artificial neumático.
Además, se han comercializado controladores específicos que programan la contracción de los músculos artificiales neumáticos para su control automático, y se están acelerando los esfuerzos hacia la implantación social a gran escala de los músculos artificiales neumáticos.