ASU Scientists Develop Air-Powered Artificial Muscles for Ultra-Strong Soft Robots

ASU Scientists Develop Air-Powered Artificial Muscles for Ultra-Strong Soft Robots

ASU Scientists Develop Air-Powered Artificial Muscles for Ultra-Strong Soft Robots

Researchers at Arizona State University (ASU) have achieved a breakthrough in soft robotics by developing air-powered artificial muscles capable of lifting 100 times their own weight. 

Led by PhD student Eric Weissman, the team created Helical Anisotropically Reinforced Polymer (HARP) actuators that mimic the contraction and expansion of biological muscle. 

Unlike traditional robots that rely on heavy, rigid motors, these new actuators are flexible, lightweight, and nearly silent, allowing for a more natural and versatile range of motion.

The design of the HARP actuators is inspired by coiled structures, specifically resembling the ridged, corkscrew shape of cavatappi pasta. 

These hollow "tubes" require only a small amount of air pressure to expand and contract. 

Because the pressure requirements are so low, the researchers were able to build a robot that carries its own power supply and walks independently, eliminating the need for the bulky external systems that typically tether soft robotic prototypes to laboratory benches.

These artificial muscles are remarkably resilient, engineered to function in extreme conditions such as boiling water, abrasive terrains, and high-heat industrial environments. 

This durability opens the door for specialized applications like marine exploration near thermal vents, disaster response in collapsed buildings, and sample collection in harsh climates. 

The team has already demonstrated this versatility by creating a bionic robotic arm—inspired by the flexibility of an elephant’s trunk—that can navigate around complex obstacles with ease.

Beyond industrial and emergency use, the technology has significant implications for healthcare and daily life. 

The researchers have developed a wearable back-support device that uses these soft actuators to provide adjustable assistance during heavy lifting, reducing physical strain while remaining comfortable for the wearer. 

This suggests a future where soft robotics can safely assist the elderly with chores or help industrial workers prevent injuries without the clunkiness of traditional exoskeletons.

The potential for this innovation extends even into the final frontier, with the team exploring the use of space-grade materials for future missions. 

By providing astronauts and extraterrestrial rovers with enhanced mobility and agility, HARP actuators could redefine how we explore other planets. 

With a provisional patent filed through ASU’s Skysong Innovations and the study published in PNAS, this air-powered technology marks a pivotal shift toward lighter, stronger, and more "human-friendly" robotic systems.

ASU के साइंटिस्ट्स ने अल्ट्रा-स्ट्रॉन्ग सॉफ्ट रोबोट्स के लिए एयर-पावर्ड आर्टिफिशियल मसल्स डेवलप कीं

एरिज़ोना स्टेट यूनिवर्सिटी (ASU) के रिसर्चर्स ने सॉफ्ट रोबोटिक्स में एक बड़ी कामयाबी हासिल की है। उन्होंने एयर-पावर्ड आर्टिफिशियल मसल्स डेवलप की हैं जो अपने वज़न से 100 गुना ज़्यादा वज़न उठा सकती हैं।

PhD स्टूडेंट एरिक वीसमैन की लीडरशिप में, टीम ने हेलिकल एनिसोट्रोपिकली रीइनफोर्स्ड पॉलीमर (HARP) एक्चुएटर्स बनाए जो बायोलॉजिकल मसल्स के सिकुड़ने और फैलने की नकल करते हैं।

भारी, रिजिड मोटर पर निर्भर रहने वाले ट्रेडिशनल रोबोट्स के उलट, ये नए एक्चुएटर्स फ्लेक्सिबल, हल्के और लगभग साइलेंट हैं, जिससे ज़्यादा नेचुरल और वर्सेटाइल रेंज ऑफ़ मोशन मिलता है।

HARP एक्चुएटर्स का डिज़ाइन कॉइल्ड स्ट्रक्चर्स से इंस्पायर्ड है, जो खास तौर पर कैवाटाप्पी पास्ता के रिज्ड, कॉर्कस्क्रू शेप जैसा दिखता है।

इन खोखले "ट्यूब्स" को फैलने और सिकुड़ने के लिए बस थोड़े से एयर प्रेशर की ज़रूरत होती है।

 क्योंकि प्रेशर की ज़रूरत बहुत कम है, इसलिए रिसर्चर एक ऐसा रोबोट बना पाए जो अपनी पावर सप्लाई खुद ले जाता है और खुद चलता है, जिससे उन भारी बाहरी सिस्टम की ज़रूरत खत्म हो गई जो आमतौर पर सॉफ्ट रोबोटिक प्रोटोटाइप को लैब की बेंच से जोड़ते हैं।

ये आर्टिफिशियल मसल्स बहुत मज़बूत होती हैं, जिन्हें उबलते पानी, खराब ज़मीन और ज़्यादा गर्मी वाले इंडस्ट्रियल माहौल जैसी बहुत खराब कंडीशन में काम करने के लिए बनाया गया है।

यह टिकाऊपन थर्मल वेंट के पास मरीन एक्सप्लोरेशन, गिरी हुई इमारतों में डिज़ास्टर रिस्पॉन्स और खराब मौसम में सैंपल कलेक्शन जैसे खास इस्तेमाल के लिए रास्ता खोलता है।

टीम ने पहले ही एक बायोनिक रोबोटिक आर्म बनाकर इस वर्सेटिलिटी को दिखाया है – जो हाथी की सूंड की फ्लेक्सिबिलिटी से प्रेरित है – जो मुश्किल रुकावटों को आसानी से पार कर सकता है।

इंडस्ट्रियल और इमरजेंसी इस्तेमाल के अलावा, इस टेक्नोलॉजी का हेल्थकेयर और रोज़मर्रा की ज़िंदगी पर भी बड़ा असर पड़ता है।

रिसर्च करने वालों ने एक पहनने लायक बैक-सपोर्ट डिवाइस बनाया है जो भारी वज़न उठाने के दौरान एडजस्टेबल मदद देने के लिए इन सॉफ्ट एक्चुएटर्स का इस्तेमाल करता है, जिससे पहनने वाले के लिए आरामदायक रहते हुए फिजिकल स्ट्रेन कम होता है।

 इससे एक ऐसे भविष्य का पता चलता है जहाँ सॉफ्ट रोबोटिक्स सुरक्षित रूप से बुज़ुर्गों को कामों में मदद कर सकता है या इंडस्ट्रियल वर्कर्स को पारंपरिक एक्सोस्केलेटन की भारी-भरकम चीज़ों के बिना चोटों से बचाने में मदद कर सकता है।

इस इनोवेशन की संभावना आखिरी सीमा तक भी है, टीम भविष्य के मिशनों के लिए स्पेस-ग्रेड मटीरियल के इस्तेमाल पर विचार कर रही है।

एस्ट्रोनॉट्स और एक्स्ट्राटेरेस्ट्रियल रोवर्स को बेहतर मोबिलिटी और फुर्ती देकर, HARP एक्चुएटर्स यह फिर से तय कर सकते हैं कि हम दूसरे ग्रहों को कैसे एक्सप्लोर करते हैं।

ASU के स्काईसॉन्ग इनोवेशन्स के ज़रिए फाइल किए गए एक प्रोविजनल पेटेंट और PNAS में पब्लिश हुई स्टडी के साथ, यह हवा से चलने वाली टेक्नोलॉजी हल्के, मज़बूत और ज़्यादा "इंसानों के लिए अच्छे" रोबोटिक सिस्टम की ओर एक बड़ा बदलाव दिखाती है।

అత్యంత బలమైన సాఫ్ట్ రోబోట్‌ల కోసం గాలి శక్తితో పనిచేసే కృత్రిమ కండరాలను అభివృద్ధి చేసిన ఏఎస్‌యూ శాస్త్రవేత్తలు

అరిజోనా స్టేట్ యూనివర్సిటీ (ఏఎస్‌యూ) పరిశోధకులు, తమ సొంత బరువుకు 100 రెట్లు బరువును ఎత్తగల గాలి శక్తితో పనిచేసే కృత్రిమ కండరాలను అభివృద్ధి చేయడం ద్వారా సాఫ్ట్ రోబోటిక్స్‌లో ఒక గొప్ప పురోగతిని సాధించారు.

పీహెచ్‌డీ విద్యార్థి ఎరిక్ వీస్‌మాన్ నేతృత్వంలో, ఈ బృందం జీవ కండరాల సంకోచ వ్యాకోచాలను అనుకరించే హెలికల్ అనైసోట్రోపికల్లీ రీఇన్‌ఫోర్స్డ్ పాలిమర్ (HARP) యాక్యుయేటర్‌లను రూపొందించింది.

బరువైన, దృఢమైన మోటార్లపై ఆధారపడే సాంప్రదాయ రోబోట్‌ల వలె కాకుండా, ఈ కొత్త యాక్యుయేటర్‌లు సరళంగా, తేలికగా మరియు దాదాపు నిశ్శబ్దంగా ఉంటాయి. ఇవి మరింత సహజమైన మరియు బహుముఖ కదలికలకు వీలు కల్పిస్తాయి.

HARP యాక్యుయేటర్‌ల రూపకల్పన, మెలికలు తిరిగిన నిర్మాణాల నుండి ప్రేరణ పొందింది; ప్రత్యేకంగా ఇది కావాటాప్పి పాస్తా యొక్క గీతలు గల, మెలికల ఆకారాన్ని పోలి ఉంటుంది.

ఈ బోలు "గొట్టాలు" వ్యాకోచించడానికి మరియు సంకోచించడానికి కేవలం కొద్దిపాటి గాలి పీడనం మాత్రమే అవసరం.

 పీడన అవసరాలు చాలా తక్కువగా ఉండటం వల్ల, పరిశోధకులు తమంతట తామే విద్యుత్ సరఫరాను కలిగి ఉండి, స్వతంత్రంగా నడవగలిగే ఒక రోబోట్‌ను నిర్మించగలిగారు. దీనివల్ల, సాధారణంగా సాఫ్ట్ రోబోటిక్ నమూనాలను ప్రయోగశాల బల్లలకు కట్టి ఉంచే భారీ బాహ్య వ్యవస్థల అవసరం తొలగిపోయింది.

ఈ కృత్రిమ కండరాలు అద్భుతమైన స్థితిస్థాపకతను కలిగి ఉన్నాయి; మరుగుతున్న నీరు, కఠినమైన భూభాగాలు, మరియు అధిక వేడి ఉండే పారిశ్రామిక వాతావరణాలు వంటి తీవ్రమైన పరిస్థితులలో పనిచేసేలా వీటిని రూపొందించారు.

ఈ మన్నిక, ఉష్ణ బిలాల సమీపంలో సముద్ర అన్వేషణ, కూలిపోయిన భవనాలలో విపత్తు సహాయక చర్యలు, మరియు కఠినమైన వాతావరణాలలో నమూనాల సేకరణ వంటి ప్రత్యేక అనువర్తనాలకు మార్గం సుగమం చేస్తుంది.

ఏనుగు తొండం యొక్క వశ్యత నుండి ప్రేరణ పొంది, సంక్లిష్టమైన అడ్డంకులను సులభంగా అధిగమించగల ఒక బయోనిక్ రోబోటిక్ చేతిని సృష్టించడం ద్వారా ఈ బృందం ఇప్పటికే ఈ బహుముఖ ప్రజ్ఞను ప్రదర్శించింది.

పారిశ్రామిక మరియు అత్యవసర వినియోగానికి అతీతంగా, ఈ సాంకేతికత ఆరోగ్య సంరక్షణ మరియు దైనందిన జీవితంపై గణనీయమైన ప్రభావాలను చూపుతుంది.

పరిశోధకులు ధరించగలిగే ఒక వెన్ను-సహాయక పరికరాన్ని అభివృద్ధి చేశారు. ఇది బరువైన వస్తువులను ఎత్తేటప్పుడు సర్దుబాటు చేయగల సహాయాన్ని అందించడానికి ఈ సాఫ్ట్ యాక్యుయేటర్‌లను ఉపయోగిస్తుంది. తద్వారా, ధరించినవారికి సౌకర్యవంతంగా ఉంటూనే శారీరక శ్రమను తగ్గిస్తుంది.

 సాంప్రదాయ ఎక్సోస్కెలిటన్‌ల వలె బరువుగా లేకుండా, సాఫ్ట్ రోబోటిక్స్ వృద్ధులకు ఇంటి పనులలో సురక్షితంగా సహాయపడగలదని లేదా పారిశ్రామిక కార్మికులకు గాయాలు కాకుండా నివారించగలదని ఈ ఆవిష్కరణ సూచిస్తుంది.

భవిష్యత్ మిషన్ల కోసం స్పేస్-గ్రేడ్ పదార్థాల వినియోగాన్ని ఈ బృందం అన్వేషిస్తుండటంతో, ఈ ఆవిష్కరణ యొక్క సామర్థ్యం అంతరిక్షం వరకు కూడా విస్తరించింది.

అంతరిక్ష యాత్రికులకు మరియు గ్రహాంతర రోవర్‌లకు మెరుగైన చలనశీలత మరియు చురుకుదనాన్ని అందించడం ద్వారా, HARP యాక్చుయేటర్లు మనం ఇతర గ్రహాలను అన్వేషించే విధానాన్ని పునర్నిర్వచించగలవు.

ASU యొక్క స్కైసాంగ్ ఇన్నోవేషన్స్ ద్వారా దాఖలు చేయబడిన తాత్కాలిక పేటెంట్ మరియు PNASలో ప్రచురించబడిన అధ్యయనంతో, ఈ గాలితో నడిచే సాంకేతికత తేలికైన, బలమైన మరియు మరింత "మానవ-స్నేహపూర్వక" రోబోటిక్ వ్యవస్థల వైపు ఒక కీలకమైన మార్పును సూచిస్తుంది.