تولید ماهیچه مصنوعی قدرتمندتر و انعطاف پذیرتر از نمونه واقعی

به گزارش خبرگزاری مهر به نقل از اینترستینگ انجینرینگ، محققان از مدت ها قبل سعی دارند فعالیت ماهیچه های بدن را تقلید کنند زیرا می توان با کمک آنها نرم ربات ها و فناوری های لمسی متعددی ساخت.

یک دسته از مواد به نام الاستومرهای دی الکتریک (DE) می توانند انعطاف پذیری و سختی را همزمان داشته باشند. همچنین مواد مذکور نه تنها سبک هستند، بلکه تراکم انرژی الاستیکی بالایی دارند. الاستومرهای دی الکتریک را می توان از ترکیبات طبیعی یا مصنوعی ساخت. این مواد در حقیقت پلیمرهایی هستند که در مجاورت میدان الکتریکی رنگ و اندازه آنها تغییر می کند. به همین دلیل موادی ایده آل برای ساخت محرک (مانند ماشین هایی که انرژی برق را به انرژی مکانیکی تبدیل می کنند) هستند.

هم اکنون بیشتر الاستومرهای دی الکتریک از آکریلیک یا سیلیکون ساخته می شوند. مواد مذکور می توانند سطح بالایی از فشار را تحمل کنند اما انعطاف پذیری ندارند. از سوی دیگر، DE های سیلیکونی را می توان به راحتی ساخت، اما آنها قادر به تحمل فشار بالا نیستند.

محققان دانشگاه کالیفرنیا طی پژوهش خود از مواد تجاری موجود در بازار استفاده کردند. آنها مواد را طی یک فرایند مبتنی بر اشعه فرابنفش فراروی کردند تا الاستومر دی الکتریک ساخته شده از آکریلیک را بهبود بخشند.

محققان توانستند پیوند متقابل در زنجیره های پلیمر ماده را تغییر دهند تا ماده DE نرم تر و انعطاف پذیرتر شود. تغییرات در فرایند تولید سبب شد تا محققان بتواند ورقه های نازکی از DE را بسازند که «الاستومر دی الکتریک قابل فراوری با کارایی بالا» یا PHDE نام دارد.

ورقه هایPHDE هم وزن یک تار موی انسان و ضخامتی کمتر از آن دارد. محققان با قراردادن این ورقه ها روی یکدیگر می توانند محرک های مینیاتوری کوچکی بسازند که مانند بافت ماهیچه عمل می کنند و انرژی مکانیکی لازم برای به کار انداختن یک ربات کوچک را دارند.

مواد نرم قبلاً به شکل لایه لایه روی یکدیگر قرار گرفته اند. روشی که برای انجام این کار استفاده می شود شامل به کارگیری یک رزین مایع است که ابتدا باید رسوب داده و سپس پخته شود. چنین فرآیند مرطوبی یک محرک با لایه های ناهموار می سازد که عملکرد خوبی ندارد.

به همین دلیل ماهیچه های مصنوعی پیشین فقط یک لایه ضخامت دارند. محققان دانشگاه کالیفرنیا روی این جنبه نیز تمرکز و یک فرآیند خشک را اجرا کردند که در آن ورقه های PHDE در لایه‌هایی با استفاده از یک تیغ رویهم قرار گرفتند. سپس این لایه ها در مجاور اشعه فرا بنفش پخته شدند.

این فرآیند ساده حتی به محققان این امکان را می‌دهد که محرک‌هایی بسازند که شبیه پاهای عنکبوت خم می‌شوند و سپس می‌پرند، یا حتی می‌پیچند و سپس می‌چرخند.

محرک های جدید می توانند چندین برابر بیشتر از ماهیچه های زیستی نیرو تولید کنند. همچنین انعطاف پذیری آنها ۳تا ۱۰ بار بیشتر از نمونه های واقعی است. محققان در یک آزمایش نشان دادند محرکی که با این روش تولید شده می تواند توپی با ۲۰ برابر وزن خود را پرتاب کند.

این تحقیق در نشریه ساینس منتشر شده است.