DEVELOPMENT OF MULTI-MODULE ARTIFICIAL MUSCLE USING HYBRID ACTUATOR

Hamdi, Hend; Abdelwahab, Sabreen Abdullah; Awad, Mohammed Ibrahim

doi:10.21608/auej.2020.120374

DEVELOPMENT OF MULTI-MODULE ARTIFICIAL MUSCLE USING HYBRID ACTUATOR

Document Type : Original Article

Authors

¹ Design and Production Engineering Dept., Faculty of Engineering, Ain Shams University, Cairo, Egypt

² Production Technology Dep,, Faculty of Industrial Education, Helwan University, Cairo, Egypt.

³ Mechatronics Engineering Dept., Faculty of Engineering, Ain Shams University, Cairo, Egypt

10.21608/auej.2020.120374

Abstract

Biological muscle is considered an inspiring actuator for the researchers in the field of biorobots. The main building unit of a muscle, sarcomere, and the study of its energy cycle is analyzed to mimic the micro-level muscle components’ behavior to improve actuator performance and efficiency. A newly developed hybrid material actuator is designed using a combination of Ionic Polymeric Metallic Composites and hydrogel to behave like the sarcomere with different deflection types. The proposed module is arranged in two different configurations and performance is investigated for working at once or working in sequence. A physical model is proposed, and a mathematical model of the actuator is derived and formulated using MATLAB Simulink. The proposed arrangements show an improvement in force and displacement magnification of three times relative to the single module. Also, working in a sequence shows promising results to work effectively to simulate muscle performance for motion profiles.

تعتبر العضلات البیولوجیة محرکًا ملهمًا للباحثین فی مجال الروبوتات الحیویة. یتم تحلیل وحدة البناء الرئیسیة للعضلة، والقسیم العضلی، ودراسة دورة الطاقة لمحاکاة سلوک مکونات العضلات على المستوى الجزئی لتحسین أداء المشغل وکفاءته. تم تصمیم محرک المواد الهجین الذی تم تطویره حدیثًا باستخدام مجموعة من المرکبات المعدنیة البولیمریة الأیونیة والهیدروجیل لیحاکی أداء القسیم عضلی باستخدام انحرافات مختلفة. یتم ترتیب الوحدة المقترحة فی شکلین مختلفین ویتم فحص الأداء للعمل دفعة واحدة أو للعمل فی تسلسل. تم اقتراح نموذج الفیزیائی ، وتم اشتقاق نموذج الریاضی للمشغل وصیاغته باستخدام محاکاة الماتلاب تُظهر نتائج الترتیبات المقترحة تحسناً فی تضخیم القوة والإزاحة بمقدار ثلاث مرات بالنسبة للوحدة الفردیة. أیضًا ، یُظهر العمل فی تسلسل نتائج واعدة للعمل بفعالیة لمحاکاة أداء العضلات.

Keywords