محققان موسسه ملی علم و فناوری اولسان در کره جنوبی در اقدامی نوآورانه موفق به ایجاد نوعی عضله مصنوعی شده اند که می تواند حالت مکانیکی آن را تغییر دهد. یعنی این عضله می تواند از حالت نرم و انعطاف پذیر به حالت سخت و مقاوم تغییر کند. مانند لاستیک است که می تواند به فولاد تبدیل شود.
غلبه بر محدودیت های اساسی
مواد مورد استفاده برای ساخت این ماهیچه مصنوعی، فناوری‌های کلیدی برای روبات‌های نرم و تجهیزات پوشیدنی هستند که تعامل و چابکی مشابه ماهیچه‌های انسان را فراهم می‌کنند. تا کنون، استفاده گسترده از ماهیچه های مصنوعی نرم با یک چالش بزرگ روبرو شده است: تضاد بین انعطاف پذیری و قدرت. به این معنا که این عضلات مصنوعی اغلب در یک قسمت برتری دارند اما در قسمت دیگر عملکرد ضعیفی دارند. به عنوان مثال، یک عضله با انعطاف پذیری بالا به طور کلی قدرت کافی برای بلند کردن اجسام را نخواهد داشت، در حالی که یک عضله قوی انعطاف لازم برای انجام حرکات تطبیقی را نخواهد داشت.
اکنون تیم پروفسور “Hun Ui” با ایجاد عضله ای به وزن تنها 1.25 گرم موفق به غلبه بر این مانع شدند. طراحی این عضله مرکب به گونه ای است که هنگام حمل بار سفت و محکم می شود و در هنگام انقباض نرم می شود تا انعطاف لازم را داشته باشد.
نوآوری در ساختار
ماهیت این توسعه شبکه دوگانه پلیمرهای پیوندی است. در این شبکه، پیوندهای شیمیایی کووالانسی مسئول استحکام ساختاری هستند، در حالی که فعل و انفعالات فیزیکی (تشکیل شده و شکسته شده توسط محرک های حرارتی) درجه بالایی از انعطاف پذیری را فراهم می کند.
در همان زمان، ذرات مغناطیسی میکروسکوپی با پوشش سطحی درون این ماده قرار می‌گیرند و امکان کنترل حرکت ماهیچه‌ها توسط میدان‌های مغناطیسی خارجی را فراهم می‌کنند. این توانایی در آزمایش هایی با اجسام معلق از طریق تحریک مغناطیسی ثابت شده است.
ظرفیت تحمل وزن استثنایی
این عضله مصنوعی می تواند تا 5 کیلوگرم یا تقریباً 4000 برابر وزن خود را در صورت کشیده شدن حمل کند و زمانی که نرم باشد می تواند تا 12 برابر طول اولیه خود کشیده شود. پروفسور یونگ، یکی از نویسندگان این تحقیق، توضیح داد: “این تحقیق بر محدودیت اساسی ماهیچه های مصنوعی سنتی که یا بسیار الاستیک اما ضعیف یا قوی و خشک هستند، غلبه کرده است. عضله مصنوعی ما می تواند هر دو ویژگی را داشته باشد و راه را برای روبات های نرم پیشرفته، دستگاه های پوشیدنی هوشمند و رابط های شهودی تر انسان و ماشین هموار کند.”
این عضله مصنوعی علاوه بر نسبت فوق العاده قدرت به وزن و انعطاف پذیری، بازده انرژی بسیار بالایی دارد و محدوده انقباض آن 86.4 درصد است، بیش از دو برابر دامنه انقباض ماهیچه های انسان.
چگالی کار این عضله مصنوعی تقریباً 1150 کیلوژول بر متر مکعب است که 30 برابر بافت عضلانی انسان است.
پروفسور یونگ ادامه داد: شدت کار نشان می‌دهد که یک عضله چقدر انرژی می‌تواند در هر حجم معینی تحویل دهد؛ این نکته با توجه به اینکه دستیابی به مقادیر بالا و کشسانی بالا به طور همزمان یکی از چالش‌های اصلی در این مسیر بوده است بسیار مهم خواهد بود.
این پیشرفت در زمینه‌هایی مانند پروتزهای پیشرفته، روبات‌های نرم چابک برای محیط‌های پیچیده و حتی پوشیدنی‌های هوشمندی که با حرکات و نیازهای کاربر سازگار هستند، پیشرفت بزرگی خواهد بود.