سبک‌تر از پر و قوی‌تر از فولاد / عضله‌ای که تا ۴۰۰۰ برابر وزن خودش را بلند می‌کند

غزال زیاری: پژوهشگران مؤسسه ملی علم و فناوری اولسان کره جنوبی، در اقدامی نوآورانه موفق به ساخت نوعی عضله مصنوعی شده‌اند که قادر است حالت مکانیکی خود را تغییر دهد. بدین معنی که این عضله قادر است تا از حالت نرم و انعطاف‌پذیر به حالت سخت و مقاوم تغییر فرم دهد. مثل یک لاستیک که می‌تواند به فولاد تبدیل شود.

غلبه بر محدودیت‌های کلیدی

مواد مورداستفاده برای ساخت این عضله مصنوعی از فناوری‌های کلیدی برای ربات‌های نرم و تجهیزات پوشیدنی هستند و امکان تعامل و چابکی شبیه به عضلات انسان را فراهم می‌کنند. تا پیش‌ازاین، استفاده گسترده از عضلات مصنوعی نرم با چالش بزرگی روبه‌رو بود: تضاد بین انعطاف‌پذیری و قدرت؛ یعنی این عضلات مصنوعی معمولاً در یک حوزه برتری دارند اما در حوزه‌های دیگری ضعیف عمل می‌کنند. مثلاً عضله‌ای که انعطاف بالایی دارد، عموما توان کافی برای بلند کردن اجسام را نخواهد داشت و از سوی دیگر، یک عضله قوی، نرمی لازم برای انجام حرکات تطبیقی را ندارد.

حالا تیم پروفسور “هون اوی” با ساخت عضله‌ای به وزن تنها ۱.۲۵ گرم موفق شده تا این مانع را از پیش رو بردارد. طراحی این عضله ترکیبی به نحوی است که هنگام تحمل بار، سفت شده و استحکام ساختاری پیدا می‌کند و در هنگام انقباض، نرم می‌شود تا انعطاف لازم را داشته باشد.

نوآوری در ساختار

هسته اصلی این پیشرفت، شبکه دوگانه‌ای از پلیمرهای پیوندی است. در این شبکه، پیوندهای شیمیایی کوالانسی مسئولیت استحکام ساختاری را بر عهده‌دارند و درعین‌حال، تعاملات فیزیکی (که توسط محرک‌های حرارتی شکل‌گرفته و شکسته می‌شوند) باعث ایجاد میزان بالایی از انعطاف‌پذیری می‌شوند.

درعین‌حال، ذرات مغناطیسی میکروسکوپی با پوشش سطحی درون این ماده جایگذاری شده‌اند تا امکان کنترل حرکت عضله با میدان‌های مغناطیسی خارجی فراهم شود. این قابلیت در آزمایش‌هایی با بلند کردن اجسام از طریق تحریک مغناطیسی نمایش داده شده است.

توانایی استثنایی در تحمل وزن

این عضله مصنوعی در حالت سفت شده‌اش می‌تواند تا ۵ کیلوگرم، یعنی حدود ۴۰۰۰ برابر وزن خودش را تحمل کند و در حالت نرم تا ۱۲ برابر طول اولیه خود کشیده می‌شود. پروفسور جونگ، از نویسندگان این پژوهش دراین‌باره توضیح داد: «این تحقیق محدودیت اساسی عضله‌های مصنوعی سنتی را که یا خیلی کشسان ولی ضعیف هستند و یا قوی و خشک، از میان برداشته است. عضله مصنوعی ما می‌تواند هر دو ویژگی را در خود داشته باشد و راه را برای ربات‌های نرم پیشرفته، تجهیزات پوشیدنی هوشمند و واسط‌های انسان‌ـ‌ماشین شهودی‌تر باز خواهد کرد.»

این عضله مصنوعی علاوه بر نسبت استثنایی قدرت به وزن و انعطاف، بازده انرژی خیلی بالایی دارد و دامنه انقباض آن ۸۶.۴ درصد، یعنی بیش از دو برابر دامنه انقباض عضلات انسانی است.

تراکم کاری این عضله مصنوعی حدود ۱, ۱۵۰ کیلوژول بر مترمکعب، یعنی ۳۰ برابر بافت عضلانی انسان است.

پروفسور جونگ ادامه داد: «تراکم کاری نشان می‌دهد که عضله در هر حجم مشخص قادر است تا چه میزانی انرژی ارائه کند؛ این نکته با در نظر داشتن اینکه دستیابی هم‌زمان به مقادیر بالا و کشسانی زیاد، همیشه یکی از چالش‌های اساسی در این مسیر بوده، واقعاً مهم خواهد بود.»

این پیشرفت در حوزه‌هایی مثل پروتزهای پیشرفته، ربات‌های نرم چابک برای محیط‌های پیچیده و حتی تجهیزات پوشیدنی هوشمند که با حرکات و نیازهای کاربر سازگار می‌شوند، به‌منزله تحول بزرگی خواهد بود.

منبع: interestingengineering

۵۸۳۲۱