Los músculos artificiales neumáticos ( PAM ) son dispositivos contráctiles o extensibles que funcionan con 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 músculos artificiales PAM se desarrollaron por primera vez (con el nombre de McKibben Artificial Muscles ) en la década de 1950 para su uso en prótesis. La empresa de caucho Bridgestone ( Japón ) comercializó la idea en la década de 1980 con el nombre de Rubbertuators.
La fuerza de retracción del PAM está limitada por la suma de la fuerza total de las fibras individuales en la cubierta tejida. La distancia de esfuerzo está limitada por la estrechez del tejido; un tejido muy suelto permite un mayor abultamiento, lo que retuerce aún más las fibras individuales en el tejido.
Un ejemplo de una configuración compleja de músculos de aire es la Shadow Dexterous Hand [1] desarrollada por Shadow Robot Company, que también vende una gama de músculos para su integración en otros proyectos/sistemas. [2]
Los PAM son muy ligeros porque su elemento principal es una membrana delgada . Esto les permite estar conectados directamente a la estructura que alimentan, lo que es una ventaja cuando se considera la sustitución de un músculo defectuoso . Si se tiene que sustituir un músculo defectuoso, siempre se sabrá su ubicación y su sustitución se hace 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 lo tanto, posibles roturas de membrana.
Otra ventaja de los PAM es su comportamiento dócil inherente: cuando se ejerce una fuerza sobre el PAM, este "cede", sin aumentar la fuerza en el accionamiento. 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 depende únicamente de la presión, sino también de su estado de inflado. Esta es una de las principales ventajas; el modelo matemático que sustenta la funcionalidad de los PAM es un sistema no lineal , lo que hace que su control preciso sea mucho más sencillo [ cita requerida ] que el de los actuadores de cilindros neumáticos convencionales . La relación entre fuerza y extensión en los PAM refleja lo que se observa en la relación longitud-tensión en los sistemas musculares biológicos.
La compresibilidad del gas también es una ventaja, ya que añade flexibilidad. Al igual que 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 los sistemas biológicos. Si las fibras de la superficie están muy dañadas y se distribuyen de forma 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 funcione también de forma hidráulica (líquido). El uso de un fluido incompresible aumenta la rigidez del sistema y reduce el comportamiento de flexibilidad.
En 2017, Bridgestone y el Instituto Tecnológico de Tokio presentaron un dispositivo de este tipo , con una relación resistencia-peso entre cinco y diez veces superior a la de los motores eléctricos y cilindros hidráulicos convencionales. [3]
