ماهیچه‌های مصنوعی برای بلند کردن اجسامی ۴۴۰۰ برابر سنگین‌تر از وزن خودشان ساخته شده‌اند

(دن تری) - دانشمندان نوع جدیدی از ماهیچه مصنوعی ساخته‌اند که هم انعطاف‌پذیر است و هم به اندازه کافی قوی که بتواند اجسام سنگین را بلند کند، و عصر جدیدی را برای ربات‌های نرم و دستگاه‌های پوشیدنی آغاز می‌کند.

تحقیقات جدید: ربات‌های انسان‌نما می‌توانند اجسامی را که ۴۰۰۰ برابر سنگین‌تر از وزن بدنشان است، بلند کنند (تصویر: livescience).

برای اولین بار، دانشمندان با موفقیت مشکل دشوار ایجاد تعادل بین انعطاف‌پذیری و قدرت در طراحی عضله مصنوعی را حل کردند. نتایج این تحقیق پیشگامانه در 7 سپتامبر در مجله Advanced Functional Materials منتشر شد.

پروفسور هون ایوی جئونگ، متخصص مهندسی مکانیک در مؤسسه ملی علوم و فناوری اولسان (UNIST) و نویسنده اصلی این مطالعه، تأکید کرد: «این تحقیق بر محدودیت اساسی عضلات مصنوعی مرسوم، که فقط می‌توانند بسیار کشسان اما ضعیف یا قوی اما سفت باشند، غلبه کرده است. ماده کامپوزیتی ما می‌تواند هر دو را انجام دهد و دری را به سوی ربات‌های نرم انعطاف‌پذیرتر، دستگاه‌های پوشیدنی و رابط‌های کاربری بصری انسان و ماشین باز کند.»

عضلات مصنوعی اغلب به دلیل انعطاف‌پذیری یا سفتی‌شان محدود می‌شوند. آن‌ها باید در عین حال که توان خروجی کافی را فراهم می‌کنند، قابل کشش نیز باشند، در غیر این صورت چگالی فعالیت آن‌ها محدود خواهد شد. با این حال، عضلات مصنوعی نرم به دلیل تنوعشان به دلیل وزن سبک، سازگاری مکانیکی و توانایی انتقال محرک‌های چند جهته (حرکتی) ارزشمند هستند.

چگالی کار یا میزان انرژی در واحد حجمی که یک عضله می‌تواند ارائه دهد، یک چالش بزرگ برای عضلات مصنوعی است. دستیابی به مقادیر بالا همراه با انقباض‌پذیری بالا، هدفی است که دانشمندان همیشه برای آن تلاش می‌کنند.

عضله مصنوعی جدید به عنوان یک «محرک کامپوزیت مغناطیسی با کارایی بالا» توصیف می‌شود، ترکیبی شیمیایی پیچیده از پلیمرهایی که برای تقلید از نیروهای کشش و رهاسازی عضله به هم متصل شده‌اند. یکی از این پلیمرها می‌تواند از نظر سفتی متفاوت باشد و در ماتریسی حاوی ریزذرات مغناطیسی روی سطح آن تعبیه شده است که قابل کنترل نیز می‌باشد. این امر به عضله اجازه می‌دهد تا تحریک و کنترل شود و حرکت ایجاد کند.

این طراحی جدید شامل دو مکانیسم اتصال متقاطع مجزا است: یک شبکه شیمیایی کووالانسی (دو یا چند اتم الکترون‌ها را برای دستیابی به پیکربندی پایدارتر به اشتراک می‌گذارند) و یک شبکه برهمکنش فیزیکی برگشت‌پذیر. این دو مکانیسم، قدرت لازم برای عملکرد عضله در طول زمان را فراهم می‌کنند.

تعادل بین سختی و الاستیسیته به طور مؤثر توسط معماری دو پیوند عرضی برقرار می‌شود. شبکه فیزیکی با ترکیب نوعی میکروذره (NdFeB) روی سطح مکانیکی، که می‌تواند از طریق یک مایع بی‌رنگ (اکتادسیل تری‌کلروسیلان) بیشتر عامل‌دار شود، تقویت می‌شود. این ذرات در سراسر ماتریس پلیمری پراکنده می‌شوند.

این ماهیچه مصنوعی زیر بارهای سنگین سفت می‌شود و وقتی نیاز به انقباض دارد، نرم می‌شود. در حالت سفت، این ماهیچه مصنوعی که فقط ۱.۱۳ گرم وزن دارد، می‌تواند وزنی تا ۵ کیلوگرم یا حدود ۴۴۰۰ برابر وزن خود را تحمل کند.

محققان می‌گویند که عضلات انسان در حدود ۴۰٪ کشش منقبض می‌شوند، اما عضله مصنوعی به ۸۶.۴٪ کشش می‌رسد - دو برابر عضله انسان. این امر امکان چگالی کاری ۱۱۵۰ کیلوژول در هر متر مکعب را فراهم می‌کند - ۳۰ برابر بیشتر از آنچه بافت انسان قادر به انجام آن است.

این تیم آزمایش‌های کششی تک‌محوری را برای اندازه‌گیری قدرت عضله مصنوعی انجام داد و نیروی کششی را تا زمان شکستن جسم به آن اعمال کرد تا حداکثر مقاومت کششی را پیدا کند.

کارشناسان می‌گویند این پیشرفت، چشم‌اندازهایی را برای بسیاری از زمینه‌ها، از رباتیک نرم، توانبخشی پزشکی گرفته تا دستگاه‌های پوشیدنی هوشمند و رابط‌های انسان و ماشین، ایجاد می‌کند.

نسل جدید ماهیچه‌های مصنوعی با قابلیت انعطاف‌پذیری و قدرت، می‌توانند به ربات‌ها کمک کنند تا با ظرافت بیشتری حرکت کنند، ضمن اینکه از حرکات انسان در کاربردهای پیچیده زیست‌پزشکی و صنعتی نیز به طور دقیق پشتیبانی می‌کنند.

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