ساخت ماهیچه مصنوعی، قوی‌تر و منعطف‌تر از ماهیچه طبیعی

به گزارش پایگاه خبری صراط به نقل از آی‌ای، محققان دانشگاه "کالیفرنیا لس‌آنجلس" (UCLA) ماده جدیدی را برای تولید ماهیچه‌های مصنوعی ساخته‌اند که قوی‌تر و تا ۱۰ برابر انعطاف پذیرتر از ماهیچه‌های طبیعی است.

دانشمندان علاقه زیادی به شبیه‌سازی ماهیچه‌های بدن دارند، چرا که می‌توان از آن برای ساخت ربات‌های نرم و فناوری‌های لمسی جدید با حس لامسه استفاده کرد. مواد نرم بسیاری وجود دارند که برای دانشمندان جزو مواد شناخته شده هستند و می‌توانند همزمان با ارائه یک خروجی مکانیکی، در شرایط خشن و پرفشار نیز زنده بمانند.

دسته‌ای از مواد به نام "الاستومر‌های دی‌الکتریک" (DE) می‌توانند هم انعطاف‌پذیری و هم سختی را ارائه دهند و نه تنها وزن سبکی دارند، بلکه چگالی انرژی الاستیک بالایی نیز دارند. الاستومر‌های دی‌الکتریک می‌توانند از ترکیبات طبیعی یا مصنوعی ساخته شوند و پلیمر‌هایی هستند که با اعمال میدان الکتریکی می‌توانند اندازه یا شکل خود را تغییر دهند. این ویژگی، آن‌ها را به موادی ایده‌آل برای ساخت محرک‌ها تبدیل می‌کند، یعنی ماشین‌هایی که می‌توانند انرژی الکتریکی را به نیروی مکانیکی تبدیل کنند.

در حال حاضر، الاستومر‌های دی‌الکتریک با استفاده از اکریلیک یا سیلیکون تولید می‌شوند و در حالی که مفید بوده‌اند، اما دارای معایب خاصی نیز هستند. الاستومر‌های دی‌الکتریک ساخته شده از اکریلیک می‌توانند سطوح بالایی از فشار را تحمل کنند، اما نیاز به از پیش کشیده شدن و بسط دادن، دارند و انعطاف‌پذیری ندارند. از سوی دیگر، الاستومر‌های دی‌الکتریک سیلیکونی را می‌توان به راحتی ساخت، اما در تحمل فشار‌های بالا ناکام هستند.

تیم محققان UCLA با همکاری سازمان غیرانتفاعی "SRI International" که قبلاً به عنوان "موسسه تحقیقاتی استنفورد" شناخته می‌شد، از مواد شیمیایی موجود تجاری و فرآیند پردازش مبتنی بر نور فرابنفش برای بهبود الاستومر‌های دی‌الکتریک مبتنی بر اکریلیک استفاده کرد.

محققان توانستند اتصالات عرضی را در زنجیره‌های پلیمری این ماده تغییر دهند تا الاستومر‌های دی‌الکتریک نرم‌تر، انعطاف‌پذیرتر و بدون از دست دادن استقامت یا استحکام به صورت مقیاس‌پذیرتر داشته باشند. تغییرات در فرآیند تولید به محققان این امکان را داد که لایه‌های نازکی از الاستومر‌های دی‌الکتریک بسازند که آن را یک "الاستومر دی‌الکتریک قابل پردازش و با کارایی بالا" یا "PHDE" می‌نامند.

یک نوار PHDE به نازکی موی انسان و به همان اندازه سبک است. لایه‌بندی این لایه‌ها می‌تواند به محققان کمک کند تا محرک‌های کوچکی بسازند که می‌توانند مانند بافت ماهیچه کار کنند و انرژی مکانیکی کافی را برای تامین انرژی یک ربات کوچک تولید کنند.

این مواد نرم قبلا لایه لایه شده‌اند. با این حال، روش استفاده شده برای انجام این کار شامل استفاده از یک رزین مایع است که ابتدا باید رسوب داده شده و سپس پخت شود. این فرآیند مرطوب می‌تواند منجر به ایجاد یک محرک با لایه‌های ناهموار شده و نهایتا منجر به عملکرد بد می‌شود. به همین دلیل است که عضلات مصنوعی که ممکن است در گذشته دیده باشید فقط یک لایه ضخامت دارند.

محققان UCLA، اما روی این جنبه نیز تمرکز کردند و یک فرآیند خشک را اجرا کردند که در آن نوار‌های PHDE با استفاده از یک تیغه در چند لایه قرار می‌گیرند و سپس با اشعه فرابنفش پخت می‌شوند. این فرآیند ساده شده حتی به محققان این امکان را می‌دهد که محرک‌هایی بسازند که شبیه پا‌های عنکبوت هستند که خم می‌شوند و سپس می‌جهند یا حتی می‌پیچند و سپس می‌چرخند.

در بیانیه محققان ادعا شده است که این محرک‌های جدید می‌توانند چندین برابر بیشتر از ماهیچه‌های بیولوژیکی نیرو تولید کنند و بین ۳ تا ۱۰ برابر انعطاف پذیرتر از همتایان طبیعی خود هستند. محققان در یک آزمایش نشان دادند که این محرک می‌تواند توپی را که ۲۰ برابر وزن خود است، پرتاب کند.

"کیبینگ پی" استاد علوم مواد گفت: این محرک انعطاف‌پذیر، همه‌کاره و کارآمد می‌تواند دروازه‌هایی را برای عضلات مصنوعی در نسل‌های جدید ربات‌ها یا در حسگر‌ها و فناوری‌های پوشیدنی که می‌توانند با دقت بیشتری از انسان تقلید کنند، باز کند.

این مطالعه در مجله Science منتشر شده است.