Sztuczne układy (aktuatory) mięśniowe są pomocne ludziom starszym, chorym czy niepełnosprawnym. Na całym świecie prowadzone są badania nad sztucznymi mięśniami (Artificial Muscles) wykonanymi z różnych biomateriałów pobudzanych elektrycznie, chemicznie, termicznie, optycznie, magnetycznie, hydraulicznie i pneumatycznie. Do wykonania sztucznych mięśni poszukuje się nowych adaptacyjnych materiałów o właściwościach elektroaktywnych (np. elektroaktywne polimery, elektroaktywna ceramika), piezoelektrycznych (np. piezopolimery) oraz elektro- i magentostrykcyjnych. Naukowcy z Uniwersytetu Nowy Meksyk (USA) zaproponowali wszczepienie sztucznego mięśnia zbudowanego z podwójnego pasemka „Bi-Strips”, zasilanego cewką ze złotego drutu przymocowanego do gałki ocznej (zewnętrznej twardówki). Sztuczny mięsień pobudzany zewnętrznym elektromagnesem skraca lub wydłuża soczewkę oka [3]. Nanotechnologowie z Uniwersytetu Teksańskiego z Dallas opracowali sztuczne mięśnie napędzane alkoholem, które są 100 razy silniejsze od naturalnych mięśni. Są zdolne wykonać 100 razy cięższą pracę w cyklu i generują silniejsze skurcze. Spośród wielu możliwości, nowe sztuczne mięśnie umożliwiają zasilanie sztucznych kończyn paliwem, tworzenie tzw. inteligentnych powłok, przekształcanie struktur (np. w samolotach i statkach), zwiększanie zdolności robotów oraz tworzenie inteligentnych sensorów [11].
W sterowaniu aktuatorami mięśniowymi wykorzystuje się również sztuczne sieci neuronowe, które mogą współpracować z naturalnym systemem nerwowym. Zastosowanie systemów kinematycznych ze sztucznymi mięśniami pneumatycznymi pozwala na rozwój nie tylko protez kończyn górnych i dolnych, ale także egzoszkieletów ramion i nóg, sztucznych rąk, robotów antropomorficznych, różnych urządzeń rehabilitacyjnych i aparatów ortopedycznych. Przyszłością są takie protezy ze sztucznymi mięśniami, które zużywają minimalną ilość energii. Z takimi protezami pacjent może prowadzić aktywne życie zawodowe i sportowe.
Autor: Kamila MIELNIK
LITERATURA
[1] BLANCHARD M., LAFERTÉ B., Encyklopedia bez granic. Ciało i życie, Wydawnictwo Kleks, Bielsko-Biała, 1993, 12-13.
[2] DINDORF R., Rozwój zaopatrzenia ortopedycznego z elementami płynowymi, PAR – Pomiary Automatyka Robotyka, 6/2004, s. 4-9.
[3] DINDORF R., Modelling of musculotendon systems using pneumatic actuators, Bio-Algorithms and Med-Systems, Journal edited by Medical Vollege – Jagiellonian University, Vol.1, No. 1/2, 2005, 147-156.
[4] DINDORF R., Model i charakterystyki muskułów pneumatycznych, PAR – Pomiary, automatyka, robotyka. 2/2004, 22-25.
[5] DINDORF R., WOŁKOW J., Sztuczne muskuły jako nowe bioelementy, III Krakowskie Warsztaty Inżynierii Medycznej, Kraków, 13-14 maja 2004.
[6] DINDORF R., WOŁKOW J., Zastosowanie muskułów pneumatycznych w inżynierii medycznej, III Krakowskie Warsztaty Inżynierii Medycznej, Kraków, 13-14 maja 2004.
[7] MORECKI A., EKIEL J., FIDELUS K., Bionika ruchu. Podstawy zewnętrznego sterowania biomechanizmów i kończyn ludzkich, PWN, Warszawa 1971, 45-72.
[8] http://www.nanotech.utdallas.edu/, 12 października 2007.
[9] http://www.przekroj.pl/, 22 listopada 2007.
[10] http://www.shadowrobot.com/, 26 lutego 2008.
[11] http://www.swiech.net/, 3 marca 2008.