Iedereen zou wel eens een derde arm kunnen gebruiken, maar voor sommigen zou het bijzonder nuttig zijn.

Mechanische ingenieurs aan de George R. Brown School of Engineering van Rice University hebben een handig extra ledemaat gebouwd dat in staat is om objecten vast te pakken en te gaan, alleen aangedreven door perslucht. Het is een van de vele ideeën die ze hebben geïmplementeerd met een op textiel gebaseerd energiewinningssysteem.

De proof-of-principle robotapparaten ontworpen en gebouwd door Daniel Preston, een assistent-professor werktuigbouwkunde, hoofdauteurs Rachel Shveda en Anoop Rajappan en hun team zijn gericht op mensen met een handicap en zijn sterk genoeg voor dagelijks gebruik, zeiden ze.

Hoe het project beschreven in Science Advances lucht gebruikt, verschilt van de nu beroemde manipulatie van dode spinnen door het Preston-lab als grijpers. Deze pneumatische apparaten ontlenen hun kracht aan het lopen.

De prototype "arm" is een stuk stof dat het lichaam omhelst wanneer het niet in gebruik is, maar naar buiten strekt wanneer het wordt geactiveerd en een elastomeer voering op het oppervlak bevat om grip op gladde voorwerpen te behouden. Voor demonstraties zou Rice-alumna Shveda, nu een officier bij de Amerikaanse kustwacht, de arm met een schakelaar bedienen. Preston zei dat toekomstige versies sensoren kunnen hebben die anticiperen op de intentie van de drager en de beweging voltooien.

Naast de krularm die een kopje of andere kleine voorwerpen kan vastpakken terwijl de handen vol zijn, bouwde het Rice-lab een shirt met een balgachtige actuator bevestigd aan de oksel die uitzet, waardoor de drager een 10-pond kan oppakken object. Het testen van de kleding op een mannequin toonde aan dat het dit kon doen zonder hulp van menselijke spieren.

"Volkstatistieken zeggen dat er ongeveer 25 miljoen volwassenen in de Verenigde Staten zijn die het moeilijk vinden om 10 pond met hun armen op te tillen", zegt Rajappan, een postdoc die wordt ondersteund door de Rice Academy of Fellows. "Dat is iets wat we vaak doen in ons dagelijks leven, huishoudelijke voorwerpen of zelfs een baby oppakken."

Het systeem vereist twee componenten:textielpompen ingebed in de zolen van wandelschoenen die luchtdruk opvangen en pneumatische aandrijvingen die die druk waar nodig gebruiken. De pumps zijn gevuld met polyurethaanschuim met open cellen waardoor ze na elke voetstap hun vorm herstellen.

Preston zei dat de pomp klein genoeg is om comfortabel te zijn. "De stijfheid van het schuim is ongeveer vergelijkbaar met een typische schoeninzet", zei hij. "We wilden ervoor zorgen dat dit voelde als iets dat je echt in je schoen zou willen hebben."

Tests door het Rice-lab toonden aan dat de apparaten het equivalent van 3 watt vermogen produceren met een conversie-efficiëntie van meer dan 20%, waardoor ze gemakkelijk beter presteren dan elektromagnetische, piëzo-elektrische en tribo-elektrische strategieën voor het oogsten van energie door voetstoten, waaronder een ontworpen door studenten van Rice's Oshman Engineering Design keuken.

Preston zei dat alle componenten voor een enkel apparaat het lab ongeveer $ 20 kosten. De producten waren eenvoudig te monteren en robuust genoeg om in een wasmachine te worden gereinigd zonder prestatieverlies.

"De fabricagebenadering maakt gebruik van technieken die al in de kledingindustrie worden gebruikt, zoals het snijden van textielvellen en deze met hitte en druk verlijmen", zei hij. "We zijn klaar om na te denken over het vertalen van ons werk naar producten."

Rajappan zei dat het laboratorium naast testeenheden ook wiskundige modellen ontwikkelde om te voorspellen hoe goed een hulpmiddel zou presteren op basis van onder andere het gewicht en de loopsnelheid van een gebruiker. "Een manier om dit verder te brengen, is door het model te gebruiken om de prestaties voor specifieke gebruikersgroepen te optimaliseren," zei hij.

"We denken ook aan apparaten zoals pneumatische actuatoren die therapeutische compressie toepassen voor zaken als diepe veneuze trombose, bloedstolsels in de benen," zei Rajappan. "Alles waarvoor luchtdruk nodig is, kan door ons systeem worden aangedreven."

"Nu we de stroom leveren, kunnen we gebruikmaken van al het bestaande werk aan de bediening", voegde Preston eraan toe. "Dit omvat zaken als handschoenen die mensen helpen hun handen te sluiten, hulp bij zowel de elleboog- als schoudergewrichten en andere apparaten die nog steeds afhankelijk zijn van typisch stijve en omvangrijke voedingen die ofwel oncomfortabel zijn of moeten worden vastgemaakt aan externe infrastructuur."

Hij merkte op dat gesprekken met modeconsulenten in zijn toekomst zouden kunnen zijn, om te voorkomen dat dragers op de Michelin-man lijken.

"We zijn erin geslaagd om het vrij onopvallend te houden, maar ja, dat is zeker iets om over na te denken, vooral met de actuatoren," zei Preston. + Verder verkennen

'Necrobotic' spiders:manipuleren van de poten van dode spinnen met een zuchtje lucht om als grijpers te dienen