Replicating Human Anatomy with Vision Controlled Jetting — A Pneumatic Musculoskeletal Hand and Forearm

要約

自然からインスピレーションを得た複雑な構造の機能的複製と作動は、人類の長年の目標です。
柔らかい特徴と硬い特徴を組み合わせたこのような複雑な構造を作成し、人工筋肉でそれらを作動させることは、自然な運動学的構造の理解をさらに進めるでしょう。
私たちは、硬い骨格、柔らかい関節包、腱、印刷されたタッチ センサーで構成される生体模倣手を 1 回の印刷プロセスで印刷しました。
電気モーターを使用して作動することを示しました。
この研究では、人体構造を厳密にモデル化した前腕を追加し、手のモーターを 22 個の独立して制御される空気圧人工筋肉 (PAM) に置き換えることによって、この研究を拡張しました。
当社の薄型、高歪み (最大 30.1%) PAM は、低コストで最先端の人工筋肉の性能に匹敵します。
このシステムは独立した指の動きによる人間のような器用さを示し、小型軽量のコインから重さ 272g の大きな缶に至るまで、さまざまな物体をうまく掴むことができます。
指先と握力、および指関節の可動範囲に基づいた性能評価により、システムの可能性が強調されます。

要約(オリジナル)

The functional replication and actuation of complex structures inspired by nature is a longstanding goal for humanity. Creating such complex structures combining soft and rigid features and actuating them with artificial muscles would further our understanding of natural kinematic structures. We printed a biomimetic hand in a single print process comprised of a rigid skeleton, soft joint capsules, tendons, and printed touch sensors. We showed it’s actuation using electric motors. In this work, we expand on this work by adding a forearm that is also closely modeled after the human anatomy and replacing the hand’s motors with 22 independently controlled pneumatic artificial muscles (PAMs). Our thin, high-strain (up to 30.1%) PAMs match the performance of state-of-the-art artificial muscles at a lower cost. The system showcases human-like dexterity with independent finger movements, demonstrating successful grasping of various objects, ranging from a small, lightweight coin to a large can of 272g in weight. The performance evaluation, based on fingertip and grasping forces along with finger joint range of motion, highlights the system’s potential.

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