Umělé svaly vyvinuté do zvedání předmětů 4 400krát těžších než je jejich vlastní hmotnost

(Dan Tri) - Vědci vytvořili nový typ umělého svalu, který je dostatečně flexibilní a silný, aby zvedl těžké předměty, a otevírají tak novou éru pro měkké roboty a nositelná zařízení.

Nový výzkum: Humanoidní roboti dokáží zvedat předměty 4 000krát těžší, než je jejich vlastní hmotnost (Ilustrace: livescience).

Vědci poprvé úspěšně vyřešili složitý problém vyvážení flexibility a síly při návrhu umělých svalů. Průlomové výsledky výzkumu byly publikovány v časopise Advanced Functional Materials 7. září.

Profesor Hoon Eui Jeong, expert na strojírenství z Ulsanského národního institutu vědy a technologie (UNIST) a hlavní autor studie, zdůraznil: „Tento výzkum překonal základní omezení konvenčních umělých svalů, které mohou být pouze vysoce roztažitelné, ale slabé, nebo silné, ale tuhé. Náš kompozitní materiál dokáže obojí a otevírá dveře flexibilnějším měkkým robotům, nositelným zařízením a intuitivním rozhraním člověk-stroj.“

Umělé svaly jsou často omezeny svou flexibilitou nebo tuhostí. Musí být roztažitelné a zároveň poskytovat dostatečný výkon, jinak bude jejich hustota aktivity omezená. Měkké umělé svaly jsou však ceněny pro svou variabilitu díky nízké hmotnosti, mechanické přizpůsobivosti a schopnosti přenášet vícesměrné (pohybové) aktuátory.

Hustota práce, neboli množství energie na jednotku objemu, které sval dokáže dodat, je pro umělé svaly velkou výzvou. Dosažení vysokých hodnot spolu s vysokou kontraktilitou je cílem, o který vědci neustále usilují.

Nový umělý sval je popisován jako „vysoce výkonný magnetický kompozitní aktuátor“, což je komplexní chemická kombinace polymerů spojených dohromady tak, aby napodobovaly síly tahu a uvolnění svalu. Jeden z těchto polymerů se může lišit v tuhosti a je zabudován do matrice obsahující na svém povrchu magnetické mikročástice, které lze také ovládat. To umožňuje aktivaci a ovládání svalu, což vede k pohybu.

Nový design zahrnuje dva odlišné mechanismy zesítění: kovalentní chemickou síť (dva nebo více atomů sdílejí elektrony, aby dosáhly stabilnější konfigurace) a reverzibilní fyzikální interakční síť. Tyto dva mechanismy poskytují svalu sílu pro dlouhodobý výkon.

Rovnováha mezi tuhostí a elasticitou je efektivně vyřešena dvojitě zesítěnou architekturou. Fyzikální síť je dále posílena začleněním typu mikročástic (NdFeB) na mechanický povrch, které lze dále funkcionalizovat pomocí bezbarvé kapaliny (oktadecyltrichlorsilan). Tyto částice jsou rozptýleny v celé polymerní matrici.

Syntetický sval při velké zátěži tuhne a při potřebě kontrakce měkne. Ve svém ztuhlém stavu umělý sval, který váží pouhých 1,13 gramu, unese váhu až 5 kilogramů, což je asi 4 400násobek jeho vlastní hmotnosti.

Vědci tvrdí, že lidské svaly se stahují při napětí okolo 40 %, ale syntetický sval dosáhl napětí 86,4 % – dvakrát více než lidský sval. To umožnilo dosáhnout pracovní hustoty 1 150 kilojoulů na metr krychlový – 30krát vyšší, než čeho je schopna lidská tkáň.

Tým provedl jednoosé tahové testy, aby změřil pevnost umělého svalu, přičemž na předmět působil tažnou silou, dokud se nezlomil, aby zjistil maximální pevnost v tahu.

Odborníci tvrdí, že tento průlom otevírá perspektivy pro mnoho oblastí, od měkké robotiky, lékařské rehabilitace až po chytrá nositelná zařízení a rozhraní člověk-stroj.

Díky schopnosti být flexibilní i výkonné může nová generace umělých svalů pomoci robotům pohybovat se elegantněji a zároveň přesně podporovat lidské pohyby v sofistikovaných biomedicínských a průmyslových aplikacích.

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