Kunstige muskler utviklet for å løfte gjenstander som er 4400 ganger tyngre enn sin egen vekt

(Dan Tri) – Forskere har laget en ny type kunstig muskel som er både fleksibel og sterk nok til å løfte tunge gjenstander, og dermed åpnet en ny æra for myke roboter og bærbare enheter.

Ny forskning: Humanoide roboter kan løfte gjenstander som er 4000 ganger tyngre enn kroppsvekten sin (Illustrasjon: livescience).

For første gang har forskere klart å løse det vanskelige problemet med å balansere fleksibilitet og styrke i design av kunstige muskler. De banebrytende forskningsresultatene ble publisert i tidsskriftet Advanced Functional Materials 7. september.

Professor Hoon Eui Jeong, en maskinteknisk ekspert ved Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) og hovedforfatter av studien, understreket: «Denne forskningen har overvunnet den grunnleggende begrensningen til konvensjonelle kunstige muskler, som bare kan være svært tøyelige, men svake, eller sterke, men stive. Vårt komposittmateriale kan gjøre begge deler, og åpner døren for mer fleksible myke roboter, bærbare enheter og intuitive menneske-maskin-grensesnitt.»

Kunstige muskler er ofte begrenset av fleksibilitet eller stivhet. De må være tøyelige samtidig som de gir tilstrekkelig kraft, ellers vil aktivitetstettheten deres være begrenset. Myke kunstige muskler er imidlertid verdsatt for sin variasjon på grunn av sin lette vekt, mekaniske tilpasningsevne og evne til å overføre multidireksjonelle (bevegelses-) aktuatorer.

Arbeidstetthet, eller mengden energi per volumenhet en muskel kan levere, er en stor utfordring for kunstige muskler. Å oppnå høye verdier sammen med høy kontraktilitet er et mål som forskere alltid streber etter.

Den nye kunstige muskelen beskrives som en «høytytende magnetisk komposittaktuator», en kompleks kjemisk kombinasjon av polymerer bundet sammen for å etterligne muskelens trekk- og slippkrefter. En av disse polymerene kan variere i stivhet og er innebygd i en matrise som inneholder magnetiske mikropartikler på overflaten, som også kan kontrolleres. Dette gjør at muskelen kan aktiveres og kontrolleres, noe som produserer bevegelse.

Den nye designen inneholder to distinkte tverrbindingsmekanismer: et kovalent kjemisk nettverk (to eller flere atomer deler elektroner for å oppnå en mer stabil konfigurasjon) og et reversibelt fysisk interaksjonsnettverk. Disse to mekanismene gir muskelen styrken til å yte over tid.

Balansen mellom stivhet og elastisitet løses effektivt av den dobbelt tverrbundne arkitekturen. Det fysiske nettverket styrkes ytterligere ved å innlemme en type mikropartikkel (NdFeB) på den mekaniske overflaten, som kan funksjonaliseres ytterligere via en fargeløs væske (oktadecyltriklorsilan). Disse partiklene er spredt gjennom polymermatrisen.

Den syntetiske muskelen stivner under tung belastning og mykner når den trenger å trekke seg sammen. I sin stive tilstand kan den kunstige muskelen, som bare veier 1,13 gram, tåle en vekt på opptil 5 kilogram, eller omtrent 4400 ganger sin egen vekt.

Forskerne sier at menneskelige muskler trekker seg sammen ved rundt 40 % spenning, men den syntetiske muskelen nådde 86,4 % spenning – dobbelt så mye som menneskelig muskel. Dette tillot en arbeidstetthet på 1150 kilojoule per kubikkmeter – 30 ganger høyere enn det menneskelig vev er i stand til.

Teamet utførte enaksede strekktester for å måle styrken til den kunstige muskelen, ved å påføre en trekkraft på en gjenstand inntil den brakk for å finne maksimal strekkfasthet.

Eksperter sier at dette gjennombruddet åpner muligheter for mange felt, fra myk robotikk og medisinsk rehabilitering til smarte, bærbare enheter og menneske-maskin-grensesnitt.

Med evnen til å være både fleksibel og kraftig, kan den nye generasjonen kunstige muskler hjelpe roboter med å bevege seg mer grasiøst, samtidig som de presist støtter menneskelige bevegelser i sofistikerte biomedisinske og industrielle applikasjoner.

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