Mesterséges izmokat fejlesztettek ki, amelyek 4400-szor nehezebb tárgyakat emelnek fel, mint a saját súlyuk

(Dan Tri) – Tudósok egy újfajta mesterséges izmot hoztak létre, amely egyszerre rugalmas és elég erős ahhoz, hogy nehéz tárgyakat emeljen, új korszakot nyitva a lágy robotok és a viselhető eszközök számára.

Új kutatás: A humanoid robotok a testsúlyuknál 4000-szer nehezebb tárgyakat is képesek felemelni (Illusztráció: livescience).

A tudósoknak most először sikerült sikeresen megoldaniuk a rugalmasság és az erő egyensúlyának nehéz problémáját a mesterséges izomtervezésben. Az úttörő kutatási eredményeket szeptember 7-én tették közzé az Advanced Functional Materials folyóiratban.

Hoon Eui Jeong professzor, az Ulsani Nemzeti Tudományos és Technológiai Intézet (UNIST) gépészmérnöki szakértője és a tanulmány vezető szerzője hangsúlyozta: „Ez a kutatás leküzdötte a hagyományos mesterséges izmok alapvető korlátját, amelyek csak nagyon nyújthatók, de gyengék, vagy erősek, de merevek lehetnek. Kompozit anyagunk mindkettőre képes, megnyitva az utat a rugalmasabb lágy robotok, a viselhető eszközök és az intuitív ember-gép interfészek előtt.”

A mesterséges izmokat gyakran korlátozza rugalmasságuk vagy merevségük. Nyújthatónak kell lenniük, miközben elegendő teljesítményt nyújtanak, különben aktivitássűrűségük korlátozott lesz. A lágy mesterséges izmokat azonban a változékonyságuk miatt nagyra értékelik, mivel könnyűek, mechanikailag alkalmazkodóképesek és képesek többirányú (mozgás) aktuátorokat továbbítani.

A munkasűrűség, vagyis az izom által leadható energiamennyiség térfogategységre vetítve, komoly kihívást jelent a mesterséges izmok számára. A magas értékek elérése a magas összehúzódási képesség mellett egy olyan cél, amelyre a tudósok mindig is törekednek.

Az új mesterséges izmot „nagy teljesítményű mágneses kompozit aktuátorként” írják le, amely polimerek komplex kémiai kombinációja, amelyek összekapcsolódnak, hogy utánozzák az izom húzó- és elengedő erejét. Ezen polimerek egyikének merevsége változhat, és egy mágneses mikrorészecskéket tartalmazó mátrixba van ágyazva a felületén, amelyek szabályozhatók is. Ez lehetővé teszi az izom működtetését és szabályozását, mozgást létrehozva.

Az új kialakítás két különálló térhálósodási mechanizmust foglal magában: egy kovalens kémiai hálózatot (két vagy több atom megosztja az elektronokat a stabilabb konfiguráció elérése érdekében) és egy reverzibilis fizikai kölcsönhatási hálózatot. Ez a két mechanizmus biztosítja az izom számára az időbeli teljesítményhez szükséges erőt.

A merevség és a rugalmasság közötti egyensúlyt hatékonyan oldja meg a kettős térhálós architektúra. A fizikai hálózatot tovább erősíti egyfajta mikrorészecske (NdFeB) beépítése a mechanikai felületre, amely egy színtelen folyadékkal (oktadecil-triklór-szilán) tovább funkcionalizálható. Ezek a részecskék a polimer mátrixban diszpergálva vannak.

A szintetikus izom nagy terhelés alatt merevedik meg, és lágyul, amikor összehúzódnia kell. Merev állapotában a mindössze 1,13 gramm súlyú mesterséges izom akár 5 kilogramm súlyt is elbír, ami saját súlyának körülbelül 4400-szorosa.

A kutatók szerint az emberi izmok körülbelül 40%-os feszültségnél húzódnak össze, de a szintetikus izom elérte a 86,4%-os feszültséget – kétszer annyit, mint az emberi izom. Ez 1150 kilojoule/köbméter munkasűrűséget tett lehetővé – 30-szor többet, mint amire az emberi szövet képes.

A csapat egytengelyű szakítóvizsgálatokat végzett a mesterséges izom erősségének mérésére, húzóerőt alkalmazva egy tárgyra, amíg az el nem tört, hogy megtalálják a maximális szakítószilárdságot.

A szakértők szerint ez az áttörés számos területen nyitja meg a távlatokat, a lágy robotikától és az orvosi rehabilitációtól kezdve az intelligens viselhető eszközökig és az ember-gép interfészekig.

A rugalmasság és az erő együttes alkalmazásával a mesterséges izmok új generációja segíthet a robotoknak a kecsesebb mozgásban, miközben precízen támogatják az emberi mozgást a kifinomult biomedicinális és ipari alkalmazásokban.

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