Literatura académica sobre el tema "Micromuscles artificiels"

A perversion in an otherwise uniform helical structure, such as a climbing plant tendril, refers to a kink that connects two helices with opposite chiralities. Such singularity structures are widely seen in natural and artificial mechanical systems, and they provide the fundamental mechanism of helical symmetry breaking. However, it is still not clear how perversions arise in various helical structures and which universal principles govern them. As such, a heterogeneous elastic bistrip system provides an excellent model to address these questions. Here, we investigate intrinsic perversion properties which are independent of strip shapes. This study reveals the rich physics of perversions in the 3D elastic system, including the condensation of strain energy over perversions during their formation, the repulsive nature of the perversion–perversion interaction, and the coalescence of perversions that finally leads to a linear defect structure. This study may have implications for understanding relevant biological motifs and for use of perversions as energy storers in the design of micromuscles and soft robotics.

The creation of autonomous subgram microrobots capable of complex behaviors remains a grand challenge in robotics largely due to the lack of microactuators with high work densities and capable of using power sources with specific energies comparable to that of animal fat (38 megajoules per kilogram). Presently, the vast majority of microrobots are driven by electrically powered actuators; consequently, because of the low specific energies of batteries at small scales (below 1.8 megajoules per kilogram), almost all the subgram mobile robots capable of sustained operation remain tethered to external power sources through cables or electromagnetic fields. Here, we present RoBeetle, an 88-milligram insect-sized autonomous crawling robot powered by the catalytic combustion of methanol, a fuel with high specific energy (20 megajoules per kilogram). The design and physical realization of RoBeetle is the result of combining the notion of controllable NiTi-Pt–based catalytic artificial micromuscle with that of integrated millimeter-scale mechanical control mechanism (MCM). Through tethered experiments on several robotic prototypes and system characterization of the thermomechanical properties of their driving artificial muscles, we obtained the design parameters for the MCM that enabled RoBeetle to achieve autonomous crawling. To evaluate the functionality and performance of the robot, we conducted a series of locomotion tests: crawling under two different atmospheric conditions and on surfaces with different levels of roughness, climbing of inclines with different slopes, transportation of payloads, and outdoor locomotion.

Ce travail est une contribution au développement de micromuscles artificiels reposant sur une voie innovante de production, au sein du corps humain, d'énergie mécanique à partir de l'énergie chimique par processus osmotique. La recherche a un caractère générique, les applications biomédicales potentielles étant nombreuses ; elle s'appuie sur un cas concret de conception d'une structure à membrane semi-perméable gonflable (joint osmotique) destiné à éliminer les endofuites se produisant fréquemment au niveau des endoprothèses pour anévrisme de l��aorte abdominale. Après l’exposé du phénomène d’osmose et de l’application envisagée, l’étude se décompose en deux parties. La première partie porte sur la caractérisation osmo-mécanique du système osmotique eau/membrane d’acétate de cellulose/saccharose. Des dispositifs expérimentaux originaux ont été mis en place. Dans le domaine d’utilisation envisagé, la membrane présente un comportement mécanique principalement élasto-plastique et sa perméabilité dépend fortement de son état de déformation. Dans la seconde partie, un modèle numérique de la zone de contact entre le collet de l’anévrisme et l’endoprothèse munie d’un joint gonflable est mis en place. La modélisation du joint membranaire s’appuie sur les résultats de la première partie. Les comportements mécaniques de l'endoprothèse et de l’aorte sont modélisés sur la base de résultats de la littérature respectivement par une simple loi isotrope élastique linéaire et un potentiel hyperélastique isotrope en série de Rivlin. Une étude paramétrique permet alors de souligner la faisabilité de cette endoprothèse et l’influence de quelques paramètres de conception sur ses performances
This work is a contribution to the development of artificial micromuscles lays on an innovating “in-vivo” way of energy conversion. The idea is to use the osmotic process to convert a chemical energy into a mechanical one. This study is generic as the potential biomedical applications might be numerous; it is based on the design of an inflatable semipermeable membrane structure (joined osmotic) intended to avoid endoleaks occurring from abdominal aorta aneurysm endoprosthesis. After presenting the osmotic phenomenon and the considered applications, the study breaks up into two parts. The first part carries on the osmo-mechanical characterization of the osmotic system water/cellulose-acetate membrane/saccharose. This was made possible thanks to the development of original experimental devices. Regarding the targeted range of use, the membrane’s mechanical behavior is mainly elastoplastic and its permeability strongly depends on its strain state. In the second part, we develop a numerical model of the contact area between the aneurysm neck and the endoprosthesis equipped with an inflatable joint. The modeling of the membrane joint is based on the results of the first part. The mechanical behaviors of the endoprosthesis and the aorta are modelled on the basis of literature’s result, respectively by a simple linear elastic isotropic law and an isotropic hyperelastic potential of Rivlin series. A parametric study then underlines the feasibility of this endoprosthesis and the influences of few design parameters on its performances

Ce travail est une contribution au développement de micromuscles artificiels reposant sur une voie innovante de production, au sein du corps humain, d'énergie mécanique à partir de l'énergie chimique par processus osmotique. La recherche a un caractère générique, les applications biomédicales potentielles étant nombreuses ; elle s'appuie sur un cas concret de conception d'une structure à membrane semi-perméable gonflable (joint osmotique) destiné à éliminer les endofuites se produisant fréquemment au niveau des endoprothèses pour anévrisme de l'aorte abdominale.

Après l'exposé du phénomène d'osmose et de l'application envisagée, l'étude se décompose en deux parties.
• La première partie porte sur la caractérisation osmo-mécanique du système osmotique eau/membrane d'acétate de cellulose/saccharose. Des dispositifs expérimentaux originaux ont été mis en place. Dans le domaine d'utilisation envisagé, la membrane présente un comportement mécanique principalement élasto-plastique et sa perméabilité dépend fortement de son état de déformation.
• Dans la seconde partie, un modèle numérique de la zone de contact entre le collet de l'anévrisme et l'endoprothèse munie d'un joint gonflable est mis en place. La modélisation du joint membranaire s'appuie sur les résultats de la première partie. Les comportements mécaniques de l'endoprothèse et de l'aorte sont modélisés sur la base de résultats de la littérature respectivement par une simple loi isotrope élastique linéaire et un potentiel hyperélastique isotrope en série de Rivlin. Une étude paramétrique permet alors de souligner la faisabilité de cette endoprothèse et l'influence de quelques paramètres de conception sur ses performances.