Los músculos artificiales neumáticos ( PAM ) son dispositivos contráctiles o extensionales operados mediante aire presurizado que llena una vejiga neumática . En una aproximación a los músculos humanos, los PAM suelen agruparse en pares: un agonista y un antagonista .
Los PAM se desarrollaron por primera vez (bajo el nombre de McKibben Artificial Muscles ) en la década de 1950 para su uso en extremidades artificiales. La empresa de caucho Bridgestone ( Japón ) comercializó la idea en los años 1980 bajo el nombre de Rubbertuators.
La fuerza de retracción del PAM está limitada por la suma total de la fuerza de las fibras individuales en la cubierta tejida. La distancia de esfuerzo está limitada por la tensión del tejido; un tejido muy suelto permite un mayor abultamiento, lo que retuerce aún más las fibras individuales del tejido.
Un ejemplo de una configuración compleja de músculos aéreos es Shadow Dexterous Hand [1] desarrollado por Shadow Robot Company, que también vende una variedad de músculos para su integración en otros proyectos/sistemas. [2]
Los PAM son muy ligeros porque su elemento principal es una fina membrana . Esto les permite estar conectados directamente a la estructura que alimentan, lo cual es una ventaja al considerar el reemplazo de un músculo defectuoso . Si hay que sustituir un músculo defectuoso, siempre se sabrá su ubicación y su sustitución será más sencilla. Esta es una característica importante, ya que la membrana está conectada a puntos finales rígidos, lo que introduce concentraciones de tensión y por tanto posibles roturas de la membrana.
Otra ventaja de los PAM es su comportamiento dócil inherente: cuando se ejerce una fuerza sobre el PAM, "cede", sin aumentar la fuerza en la actuación. Esta es una característica importante cuando el PAM se utiliza como actuador en un robot que interactúa con un humano, o cuando se deben realizar operaciones delicadas.
En los PAM la fuerza no sólo depende de la presión sino también de su estado de inflación. Ésta es una de las principales ventajas; El modelo matemático que respalda la funcionalidad de los PAM es un sistema no lineal , lo que los hace mucho más fáciles de controlar [ cita necesaria ] que los actuadores de cilindros neumáticos convencionales . La relación entre fuerza y extensión en los PAM refleja lo que se ve en la relación longitud-tensión en los sistemas musculares biológicos.
La compresibilidad del gas también es una ventaja ya que añade flexibilidad. Como ocurre con otros sistemas neumáticos, los actuadores PAM suelen necesitar válvulas eléctricas y un generador de aire comprimido .
La naturaleza de tejido suelto de la capa exterior de fibra también permite que los PAM sean flexibles e imiten sistemas biológicos. Si las fibras de la superficie están muy dañadas y se distribuyen de manera desigual dejando un espacio, la vejiga interna puede inflarse a través del espacio y romperse. Como ocurre con todos los sistemas neumáticos, es importante que no se utilicen cuando estén dañados.
Aunque la tecnología funciona principalmente de forma neumática (gas), no hay nada que impida que la tecnología también funcione de forma hidráulica (líquido). El uso de un fluido incompresible aumenta la rigidez del sistema y reduce el comportamiento dócil.
En 2017, Bridgestone y el Instituto de Tecnología de Tokio presentaron un dispositivo de este tipo , con una relación resistencia-peso de cinco a diez veces mayor que la de los motores eléctricos y cilindros hidráulicos convencionales. [3]
