به گزارش ICTPRESS، دانشمندان در کره جنوبی موفق به ساخت نوعی «ماهیچه مصنوعی» شده‌اند که می‌تواند وزنی معادل حدود ۴۴۰۰ برابر وزن خودش را بلند کند. این دستاورد شگرف که می‌تواند انقلابی در حوزه رباتیک رقم بزند، راه را برای ساخت ربات‌های انسان‌نمای فوق‌العاده قدرتمند و در عین حال انعطاف‌پذیر هموار می‌سازد.
نکته کلیدی در طراحی ماهیچه کره‌ای، توانایی آن در تغییر حالت میان نرمی و سفتی در شرایط مختلف است؛ قابلیتی که برای نخستین بار در این حوزه به‌دست آمده و یکی از بزرگ‌ترین چالش‌های این فناوری را از بین می‌برد.
هون ای جونگ، استاد مهندسی مکانیک در مؤسسه ملی علم و فناوری اولسان و نویسنده اصلی مقاله، می‌گوید: این پژوهش یکی از محدودیت‌های بنیادین ماهیچه‌های مصنوعی را برطرف می‌کند؛ یعنی اینکه آن‌ها معمولاً یا بسیار کشسان اما ضعیف‌اند، یا قدرتمند اما خشک و غیرمنعطف. ماده مرکب ما می‌تواند هر دو ویژگی را هم‌زمان داشته باشد و در نتیجه راه را برای نسل تازه‌ای از ربات‌های نرم، تجهیزات پوشیدنی و رابط‌های شهودی میان انسان و ماشین باز می‌کند.
ماهیچه‌های مصنوعی معمولاً به دلیل ناتوانی در حفظ هم‌زمان انعطاف‌پذیری و استحکام، با محدودیت مواجه هستند. این ساختارها باید در عین کشسانی، توان خروجی بالایی هم داشته باشند؛ در غیر این صورت، «تراکم کاری» آن‌ها یا میزان انرژی قابل تحویل در هر واحد حجم، کاهش می‌یابد. با‌این‌حال، پژوهشگران بر این باورند که ماهیچه‌های نرم می‌توانند تحولی اساسی ایجاد کنند، زیرا سبک‌اند، از نظر مکانیکی انعطاف‌پذیرند و توانایی حرکت در چند جهت را دارند.
وقتی پژوهشگران از «تراکم کاری» سخن می‌گویند، منظورشان مقداری از انرژی است که ماهیچه می‌تواند در هر واحد حجم آزاد کند. چالش اصلی در این حوزه، دستیابی به مقادیر بالا علاوه‌بر کشسانی زیاد است که تابه‌امروز برای ماهیچه‌های مصنوعی دشوار بوده است.
عضله جدید که «محرک مرکب مغناطیسی با عملکرد بالا» نامیده می‌شود، ترکیبی پیچیده از پلیمرهاست که حرکت کشش و رهاسازی عضلات طبیعی را شبیه‌سازی می‌کند. در ساختار آن، یک شبکه شیمیایی با پیوند کووالانسی (بسیار محکم) با یک شبکه فیزیکی برگشت‌پذیر ترکیب شده است. این معماری دوگانه به عضله امکان می‌دهد تا هنگام تحمل بارهای سنگین، سفت و قدرتمند و در زمان نیاز به حرکت و انقباض، نرم و منعطف شود.
برای تقویت ساختار عضله، ریزذرات مغناطیسی (NdFeB) در سراسر ماتریس پلیمری آن پخش شده‌اند که کنترل‌پذیری و استحکام را افزایش دهند. در نتیجه، این عضله‌ی مصنوعی که تنها ۱٫۱۳ گرم وزن دارد، اما می‌تواند یک وزنه‌ی ۵ کیلوگرمی را تحمل کند.
مقایسه عملکرد این فناوری با بافت انسانی، ابعاد گسترده پیشرفت را به نمایش می‌گذارد. در حالی که ماهیچه انسان حدود ۴۰ درصد از طول خود منقبض می‌شود، این نمونه مصنوعی به کرنش ۸۶٫۴ درصدی (بیش از دو برابر) دست یافته است. این عملکرد تراکم کاری را به ۱۱۵۰ کیلوژول در هر مترمکعب می‌رساند که ۳۰ برابر بیشتر از توان بافت عضلانی انسان است.
نتایج پژوهش در مجله Advanced Functional Materials منتشر شده است.
- 18
- 4
