عضلات اصطناعية تم تطويرها لرفع أشياء أثقل من وزنها بمقدار 4400 مرة

(دان تري) - نجح علماء في ابتكار نوع جديد من العضلات الاصطناعية التي تتمتع بالمرونة والقوة الكافية لرفع الأشياء الثقيلة، وهو ما يفتح عصرا جديدا للروبوتات الناعمة والأجهزة القابلة للارتداء.

بحث جديد: الروبوتات الشبيهة بالبشر قادرة على رفع أشياء أثقل من وزن جسمها بـ4000 مرة (صورة توضيحية: livescience).

لأول مرة، نجح العلماء في حل مشكلة التوازن بين المرونة والقوة في تصميم العضلات الاصطناعية. نُشرت نتائج هذا البحث الرائد في مجلة Advanced Functional Materials في 7 سبتمبر.

أكد البروفيسور هون إيوي جونغ، خبير الهندسة الميكانيكية في معهد أولسان الوطني للعلوم والتكنولوجيا (UNIST) والمؤلف الرئيسي للدراسة، قائلاً: "لقد تجاوز هذا البحث القيد الأساسي للعضلات الاصطناعية التقليدية، التي لا يمكن أن تكون إلا شديدة التمدد ولكنها ضعيفة، أو قوية ولكنها صلبة. تستطيع مادتنا المركبة القيام بكلا الأمرين، مما يفتح الباب أمام روبوتات ناعمة أكثر مرونة، وأجهزة قابلة للارتداء، وواجهات تفاعلية بين الإنسان والآلة".

غالبًا ما تكون العضلات الاصطناعية محدودة بمرونتها أو صلابتها. يجب أن تكون قابلة للتمدد مع توفير طاقة كافية، وإلا ستكون كثافة نشاطها محدودة. ومع ذلك، تُقدّر العضلات الاصطناعية اللينة لتنوعها بفضل خفة وزنها، وقدرتها على التكيف الميكانيكي، وقدرتها على نقل محركات الحركة متعددة الاتجاهات.

تُشكّل كثافة العمل، أو كمية الطاقة التي تُنتجها العضلة لكل وحدة حجم، تحديًا كبيرًا للعضلات الاصطناعية. ويسعى العلماء جاهدين لتحقيق قيم عالية مع قدرة انقباض عالية.

تُوصف العضلة الاصطناعية الجديدة بأنها "مُشغِّل مغناطيسي مُركَّب عالي الأداء"، وهو مزيج كيميائي مُعقَّد من البوليمرات المُرتبطة ببعضها لمحاكاة قوى السحب والإرخاء في العضلة. يُمكن أن تختلف صلابة أحد هذه البوليمرات، وهو مُضمَّن في مصفوفة تحتوي على جسيمات دقيقة مغناطيسية على سطحها، والتي يُمكن أيضًا التحكم فيها. هذا يُتيح تحريك العضلة والتحكم فيها، مما يُنتج حركة.

يتضمن التصميم الجديد آليتين متميزتين للترابط المتقاطع: شبكة كيميائية تساهمية (تتشارك ذرتان أو أكثر الإلكترونات لتحقيق تكوين أكثر استقرارًا)، وشبكة تفاعل فيزيائي عكسي. هاتان الآليتان تزودان العضلة بالقوة اللازمة للأداء مع مرور الوقت.

يُحقق الهيكل المتشابك المزدوج التوازن بين الصلابة والمرونة بفعالية. وتُعزز الشبكة الفيزيائية بإضافة نوع من الجسيمات الدقيقة (NdFeB) على السطح الميكانيكي، والذي يمكن تعزيزه وظيفيًا باستخدام سائل عديم اللون (أوكتاديسيل ثلاثي كلورو سيلان). تنتشر هذه الجسيمات في جميع أنحاء مصفوفة البوليمر.

تتصلب العضلة الاصطناعية تحت الأحمال الثقيلة، ثم تلين عند الحاجة إلى الانقباض. في حالتها الصلبة، تستطيع العضلة الاصطناعية، التي لا يتجاوز وزنها 1.13 غرام، تحمل وزن يصل إلى 5 كيلوغرامات، أي ما يعادل حوالي 4400 ضعف وزنها.

يقول الباحثون إن عضلات الإنسان تنقبض عند حوالي 40% من شدها، لكن العضلة الاصطناعية وصلت إلى 86.4% من شدها، أي ضعف شد العضلات البشرية. هذا سمح بكثافة عمل تبلغ 1150 كيلوجول لكل متر مكعب، أي ما يزيد 30 مرة عن قدرة الأنسجة البشرية.

أجرى الفريق اختبارات الشد أحادية المحور لقياس قوة العضلة الاصطناعية، وذلك بتطبيق قوة شد على الجسم حتى انكسر، وذلك للعثور على أقصى قوة شد.

ويقول الخبراء إن هذا الاختراق يفتح آفاقًا للعديد من المجالات، بدءًا من الروبوتات الناعمة، وإعادة التأهيل الطبي، إلى الأجهزة الذكية القابلة للارتداء والواجهات بين الإنسان والآلة.

بفضل قدرتها على المرونة والقوة، يمكن للجيل الجديد من العضلات الاصطناعية مساعدة الروبوتات على التحرك بشكل أكثر رشاقة، بينما تدعم أيضًا الحركات البشرية بدقة في التطبيقات الطبية الحيوية والصناعية المتطورة.

المصدر: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/phat-trien-co-nhan-tao-nang-vat-nang-gap-4400-lan-trong-luong-20251104053327548.htm