پژوهشگران مؤسسه ملی علوم و فناوری اولسان (UNIST) در کره جنوبی موفق به توسعهی عضلهی مصنوعی جدیدی شدهاند که میتواند وضعیت مکانیکی خود را تغییر دهد. این دستاورد میتواند مسیر رباتهای نرم، پروتزهای پیشرفته و دستگاههای پوشیدنی هوشمند را متحول کند.
عضلهای که محدودیتها را پشت سر میگذارد
این عضلهی مصنوعی قابلیت تبدیل از حالت نرم و انعطافپذیر به حالت سخت و مقاوم مشابه تبدیل لاستیک به فولاد را دارد. در زمان تحمل بار سنگین، ساختار آن سفت شده و هنگام انقباض، دوباره نرم میگردد. این ویژگی، یکی از محدودیتهای اساسی در طراحی عضلههای مصنوعی را برطرف میکند، چرا که پیشتر، عضلههای نرم توانایی تولید نیرو نداشتند و عضلههای قوی فاقد انعطافپذیری لازم برای تعاملات انسانی بودند.
عضلهی جدید تنها ۱.۲۵ گرم وزن دارد و از شبکهی پلیمری دوگانه بهره میبرد. این شبکه شامل پیوندهای کووالانسی برای استحکام ساختاری و تعاملات فیزیکی قابل کنترل با محرکهای حرارتی برای انعطافپذیری است. همچنین، ذرات مغناطیسی با پوشش سطحی درون ماده تعبیه شدهاند که امکان کنترل دقیق با میدانهای مغناطیسی را فراهم میکنند. این قابلیت در آزمایشهای بلند کردن اجسام با تحریک مغناطیسی به نمایش گذاشته شد.
ظرفیت بارگذاری سنگین
عضله میتواند تا ۵ کیلوگرم وزن یعنی تقریباً ۴۰۰۰ برابر وزن خودش را تحمل کرده و در حالت نرم، تا ۱۲ برابر طول اولیهاش کش میآید. بهگفتهی پروفسور جونگ (Jeong)، این تحقیق محدودیت بنیادی عضلههای مصنوعی سنتی را پشت سر گذاشته است. او در این رابطه میگوید: «عضلههای قبلی یا بسیار کشسان بودند اما ضعیف، یا قوی بودند اما سفت. مادهی ترکیبی ما هر دو ویژگی را دارد و راه را برای رباتهای نرم چندمنظوره، دستگاههای پوشیدنی و رابطهای انسان-ماشین باز میکند.»
علاوه بر نسبت قدرت به وزن و انعطافپذیری، این عضله خروجی انرژی بالایی دارد. میزان کرنش (Strain) (مقدار تغییر شکل یک جسم نسبت به اندازهی اولیهاش که نشاندهندهی نسبت تغییر طول به طول اولیه در اثر نیرو یا فشار است) آن در زمان انقباض به ۸۶.۴٪ یعنی بیش از دو برابر کرنش عضلهی انسانی میرسد. همچنین، چگالی کاری آن به ۱۱۵۰ کیلوژول بر متر مکعب میرسد که ۳۰ برابر بیشتر از بافت انسانی است. پژوهشگران توضیح دادهاند: «چگالی کاری نشان میدهد عضله چقدر انرژی در واحد حجم تولید میکند و دستیابی همزمان به مقدار بالا و کشسانی زیاد، چالشی دیرینه بوده است.»
کاربردهای آینده
این پیشرفت میتواند در حوزههایی که نیازمند تعامل انسانی مانند پروتزهای هوشمند، رباتهای نرم چابک برای محیطهای پیچیده و دستگاههای پوشیدنی سازگار با حرکات کاربر هستند، تحول ایجاد کند. حوزهی عضلههای مصنوعی بهسرعت در حال پیشرفت است. اخیراً پژوهشگران MIT عضلهای مصنوعی طراحی کردهاند که حرکت چندجهتهی پیچیده را ممکن میسازد. این عضله عملکرد عنبیهی چشم را تقلید میکند و همزمان بهصورت دایرهای و شعاعی منقبض میشود.
دیدگاه ها