Τεχνητοί μύες αναπτύχθηκαν για να σηκώνουν αντικείμενα 4.400 φορές βαρύτερα από το βάρος τους

(Dan Tri) - Οι επιστήμονες δημιούργησαν έναν νέο τύπο τεχνητού μυός που είναι ταυτόχρονα εύκαμπτος και αρκετά ισχυρός για να σηκώνει βαριά αντικείμενα, ανοίγοντας μια νέα εποχή για τα μαλακά ρομπότ και τις φορετές συσκευές.

Νέα έρευνα: Τα ανθρωποειδή ρομπότ μπορούν να σηκώσουν αντικείμενα 4.000 φορές βαρύτερα από το βάρος του σώματός τους (Εικονογράφηση: livescience).

Για πρώτη φορά, οι επιστήμονες έλυσαν με επιτυχία το δύσκολο πρόβλημα της εξισορρόπησης της ευλυγισίας και της δύναμης στον σχεδιασμό τεχνητών μυών. Τα πρωτοποριακά ερευνητικά αποτελέσματα δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό Advanced Functional Materials στις 7 Σεπτεμβρίου.

Ο καθηγητής Χουν Έουι Τζέονγκ, ειδικός μηχανολόγος μηχανικός στο Εθνικό Ινστιτούτο Επιστήμης και Τεχνολογίας του Ουλσάν (UNIST) και επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης, τόνισε: «Αυτή η έρευνα ξεπέρασε τον θεμελιώδη περιορισμό των συμβατικών τεχνητών μυών, οι οποίοι μπορούν να είναι μόνο εξαιρετικά ελαστικοί αλλά αδύναμοι ή ισχυροί αλλά άκαμπτοι. Το σύνθετο υλικό μας μπορεί να κάνει και τα δύο, ανοίγοντας την πόρτα σε πιο ευέλικτα μαλακά ρομπότ, φορετές συσκευές και διαισθητικές διεπαφές ανθρώπου-μηχανής».

Οι τεχνητοί μύες συχνά περιορίζονται από την ευελιξία ή την ακαμψία τους. Πρέπει να είναι ελαστικοί ενώ παράλληλα να παρέχουν επαρκή ισχύ εξόδου, διαφορετικά η πυκνότητα δραστηριότητάς τους θα είναι περιορισμένη. Ωστόσο, οι μαλακοί τεχνητοί μύες εκτιμώνται για τη μεταβλητότητά τους λόγω του ελαφρού βάρους τους, της μηχανικής προσαρμοστικότητάς τους και της ικανότητάς τους να μεταδίδουν πολυκατευθυντικούς (κινητικούς) ενεργοποιητές.

Η πυκνότητα έργου, ή η ποσότητα ενέργειας ανά μονάδα όγκου που μπορεί να αποδώσει ένας μυς, αποτελεί μια σημαντική πρόκληση για τους τεχνητούς μύες. Η επίτευξη υψηλών τιμών μαζί με υψηλή συσταλτικότητα είναι ένας στόχος που οι επιστήμονες επιδιώκουν πάντα.

Ο νέος τεχνητός μυς περιγράφεται ως ένας «υψηλής απόδοσης μαγνητικός σύνθετος ενεργοποιητής», ένας σύνθετος χημικός συνδυασμός πολυμερών που συνδέονται μεταξύ τους για να μιμούνται τις δυνάμεις έλξης και απελευθέρωσης του μυός. Ένα από αυτά τα πολυμερή μπορεί να ποικίλλει σε ακαμψία και είναι ενσωματωμένο σε μια μήτρα που περιέχει μαγνητικά μικροσωματίδια στην επιφάνειά του, τα οποία μπορούν επίσης να ελεγχθούν. Αυτό επιτρέπει στον μυ να ενεργοποιείται και να ελέγχεται, παράγοντας κίνηση.

Ο νέος σχεδιασμός ενσωματώνει δύο διακριτούς μηχανισμούς διασύνδεσης: ένα ομοιοπολικό χημικό δίκτυο (δύο ή περισσότερα άτομα μοιράζονται ηλεκτρόνια για να επιτύχουν μια πιο σταθερή διαμόρφωση) και ένα αναστρέψιμο δίκτυο φυσικής αλληλεπίδρασης. Αυτοί οι δύο μηχανισμοί παρέχουν στον μυ τη δύναμη να αποδίδει με την πάροδο του χρόνου.

Η ισορροπία μεταξύ ακαμψίας και ελαστικότητας επιλύεται αποτελεσματικά από την αρχιτεκτονική διπλής διασταύρωσης. Το φυσικό δίκτυο ενισχύεται περαιτέρω με την ενσωμάτωση ενός τύπου μικροσωματιδίου (NdFeB) στην μηχανική επιφάνεια, το οποίο μπορεί να λειτουργικοποιηθεί περαιτέρω μέσω ενός άχρωμου υγρού (οκταδεκυλοτριχλωροσιλάνιο). Αυτά τα σωματίδια είναι διασκορπισμένα σε όλη την πολυμερική μήτρα.

Ο συνθετικός μυς σκληραίνει υπό βαριά φορτία και μαλακώνει όταν χρειάζεται να συσταλεί. Στην άκαμπτη κατάστασή του, ο τεχνητός μυς, ο οποίος ζυγίζει μόλις 1,13 γραμμάρια, μπορεί να αντέξει βάρος έως και 5 κιλά, ή περίπου 4.400 φορές το βάρος του.

Οι ερευνητές λένε ότι οι ανθρώπινοι μύες συστέλλονται σε τάση περίπου 40%, αλλά ο συνθετικός μυς έφτασε σε τάση 86,4% - διπλάσια από τον ανθρώπινο μυ. Αυτό επέτρεψε πυκνότητα έργου 1.150 κιλοτζάουλ ανά κυβικό μέτρο - 30 φορές υψηλότερη από αυτήν που είναι ικανός να επιτύχει ο ανθρώπινος ιστός.

Η ομάδα διεξήγαγε μονοαξονικές δοκιμές εφελκυσμού για να μετρήσει την αντοχή του τεχνητού μυός, εφαρμόζοντας μια δύναμη έλξης σε ένα αντικείμενο μέχρι να σπάσει για να βρει τη μέγιστη αντοχή σε εφελκυσμό.

Οι ειδικοί λένε ότι αυτή η σημαντική ανακάλυψη ανοίγει προοπτικές σε πολλούς τομείς, από την ήπια ρομποτική, την ιατρική αποκατάσταση, έως τις έξυπνες φορετές συσκευές και τις διεπαφές ανθρώπου-μηχανής.

Με την ικανότητα να είναι ευέλικτη και ισχυρή, η νέα γενιά τεχνητών μυών μπορεί να βοηθήσει τα ρομπότ να κινούνται με μεγαλύτερη χάρη, ενώ παράλληλα υποστηρίζει με ακρίβεια τις ανθρώπινες κινήσεις σε εξελιγμένες βιοϊατρικές και βιομηχανικές εφαρμογές.

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