שרירים מלאכותיים פותחו כדי להרים חפצים שכבדים פי 4,400 ממשקלם.

(דן טרי) - מדענים יצרו סוג חדש של שריר מלאכותי שהוא גם גמיש וגם חזק מספיק כדי להרים חפצים כבדים, ופתחו עידן חדש עבור רובוטים רכים ומכשירים לבישים.

מחקר חדש: רובוטים דמויי אדם יכולים להרים חפצים כבדים פי 4,000 ממשקל גופם (איור: livescience).

לראשונה, מדענים פתרו בהצלחה את הבעיה הקשה של איזון בין גמישות לכוח בתכנון שרירים מלאכותיים. תוצאות המחקר פורצות הדרך פורסמו בכתב העת Advanced Functional Materials ב-7 בספטמבר.

פרופסור הון אוי ג'ונג, מומחה להנדסת מכונות במכון הלאומי למדע וטכנולוגיה באולסן (UNIST) והמחבר הראשי של המחקר, הדגיש: "מחקר זה התגבר על המגבלה הבסיסית של שרירים מלאכותיים קונבנציונליים, שיכולים להיות רק גמישים מאוד אך חלשים, או חזקים אך נוקשים. החומר המרוכב שלנו יכול לעשות את שניהם, ולפתוח את הדלת לרובוטים רכים וגמישים יותר, מכשירים לבישים וממשקי אדם-מכונה אינטואיטיביים."

שרירים מלאכותיים מוגבלים לעיתים קרובות על ידי גמישותם או נוקשותם. עליהם להיות ניתנים למתיחה ועדיין לספק תפוקת כוח מספקת, אחרת צפיפות הפעילות שלהם תהיה מוגבלת. עם זאת, שרירים מלאכותיים רכים מוערכים בשל שונותם בשל משקלם הקל, יכולת ההסתגלות המכנית שלהם ויכולתם להעביר מפעילים רב-כיווניים (תנועה).

צפיפות העבודה, או כמות האנרגיה ליחידת נפח ששריר יכול לספק, היא אתגר מרכזי עבור שרירים מלאכותיים. השגת ערכים גבוהים יחד עם התכווצות גבוהה היא מטרה שמדענים תמיד שואפים אליה.

השריר המלאכותי החדש מתואר כ"מפעיל מרוכב מגנטי בעל ביצועים גבוהים", שילוב כימי מורכב של פולימרים המחוברים יחד כדי לחקות את כוחות המשיכה והשחרור של השריר. אחד הפולימרים הללו יכול להשתנות בקשיחות והוא משובץ במטריצה ​​​​המכילה מיקרו-חלקיקים מגנטיים על פני השטח שלו, שגם אותם ניתן לשלוט. זה מאפשר להפעיל ולשלוט בשריר, וליצור תנועה.

העיצוב החדש משלב שני מנגנוני קישור צולבים נפרדים: רשת כימית קוולנטית (שני אטומים או יותר חולקים אלקטרונים כדי להשיג תצורה יציבה יותר) ורשת אינטראקציה פיזיקלית הפיכה. שני מנגנונים אלה מספקים לשריר את הכוח לבצע לאורך זמן.

האיזון בין קשיחות לאלסטיות נפתר ביעילות על ידי הארכיטקטורה של קישורים צולבים כפולים. הרשת הפיזית מתחזקת עוד יותר על ידי שילוב סוג של מיקרו-חלקיק (NdFeB) על פני השטח המכניים, אשר ניתן לבצע בו פונקציונליות נוספת באמצעות נוזל חסר צבע (אוקטדצילטריכלורוסילאן). חלקיקים אלה מפוזרים ברחבי מטריצת הפולימר.

השריר הסינתטי מתקשח תחת עומסים כבדים ומתרכך כאשר הוא צריך להתכווץ. במצבו הנוקשה, השריר המלאכותי, שמשקלו 1.13 גרם בלבד, יכול לעמוד במשקל של עד 5 קילוגרמים, או פי 4,400 בערך ממשקלו.

החוקרים אומרים ששרירים אנושיים מתכווצים בכ-40% מתח, אך השריר הסינתטי הגיע ל-86.4% מתח - כפול ממתח השריר האנושי. זה איפשר צפיפות עבודה של 1,150 קילוג'ול למטר מעוקב - פי 30 יותר ממה שרקמה אנושית מסוגלת לה.

הצוות ביצע בדיקות מתיחה חד-ציריות כדי למדוד את חוזק השריר המלאכותי, תוך הפעלת כוח משיכה על אובייקט עד שהוא נשבר כדי למצוא את חוזק המתיחה המרבי.

מומחים אומרים שפריצת דרך זו פותחת אפשרויות לתחומים רבים, החל מרובוטיקה רכה, שיקום רפואי, ועד מכשירים לבישים חכמים וממשקי אדם-מכונה.

עם היכולת להיות גם גמישים וגם חזקים, הדור החדש של שרירים מלאכותיים יכול לעזור לרובוטים לנוע בצורה חיננית יותר, תוך תמיכה מדויקת בתנועות אנושיות ביישומים ביו-רפואיים ותעשייתיים מתוחכמים.

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