Mușchi artificiali dezvoltați pentru a ridica obiecte de 4.400 de ori mai grele decât propria lor greutate

(Dan Tri) - Oamenii de știință au creat un nou tip de mușchi artificial, flexibil și suficient de puternic pentru a ridica obiecte grele, deschizând o nouă eră pentru roboții moi și dispozitivele purtabile.

Noi cercetări: Roboții umanoizi pot ridica obiecte de 4.000 de ori mai grele decât greutatea lor corporală (Ilustrație: livescience).

Pentru prima dată, oamenii de știință au rezolvat cu succes dificila problemă a echilibrării flexibilității și forței în designul mușchilor artificiali. Rezultatele inovatoare ale cercetării au fost publicate în revista Advanced Functional Materials pe 7 septembrie.

Profesorul Hoon Eui Jeong, expert în inginerie mecanică la Institutul Național de Știință și Tehnologie din Ulsan (UNIST) și autorul principal al studiului, a subliniat: „Această cercetare a depășit limitarea fundamentală a mușchilor artificiali convenționali, care pot fi doar foarte elastici, dar slabi, sau puternici, dar rigizi. Materialul nostru compozit poate face ambele lucruri, deschizând calea către roboți moi mai flexibili, dispozitive purtabile și interfețe intuitive om-mașină.”

Mușchii artificiali sunt adesea limitați de flexibilitatea sau rigiditatea lor. Aceștia trebuie să fie extensibili, oferind în același timp o putere de ieșire suficientă, altfel densitatea lor de activitate va fi limitată. Cu toate acestea, mușchii artificiali moi sunt apreciați pentru variabilitatea lor datorită greutății reduse, adaptabilității mecanice și capacității de a transmite actuatoare (de mișcare) multidirecționale.

Densitatea muncii, sau cantitatea de energie pe unitatea de volum pe care o poate furniza un mușchi, este o provocare majoră pentru mușchii artificiali. Atingerea unor valori ridicate împreună cu o contractilitate ridicată este un obiectiv la care oamenii de știință se străduiesc mereu.

Noul mușchi artificial este descris ca un „actuator compozit magnetic de înaltă performanță”, o combinație chimică complexă de polimeri legați împreună pentru a imita forțele de tracțiune și eliberare ale mușchiului. Unul dintre acești polimeri poate varia în rigiditate și este încorporat într-o matrice care conține microparticule magnetice pe suprafața sa, care pot fi, de asemenea, controlate. Acest lucru permite acționarea și controlul mușchiului, producând mișcare.

Noul design încorporează două mecanisme distincte de reticulare: o rețea chimică covalentă (doi sau mai mulți atomi își împart electronii pentru a obține o configurație mai stabilă) și o rețea de interacțiune fizică reversibilă. Aceste două mecanisme oferă mușchiului forța necesară pentru a performa în timp.

Echilibrul dintre rigiditate și elasticitate este rezolvat eficient prin arhitectura dublă reticulată. Rețeaua fizică este consolidată în continuare prin încorporarea unui tip de microparticule (NdFeB) pe suprafața mecanică, care poate fi funcționalizată în continuare prin intermediul unui lichid incolor (octadeciltriclorosilan). Aceste particule sunt dispersate în întreaga matrice polimerică.

Mușchiul sintetic se rigidizează sub sarcini mari și se înmoaie atunci când trebuie să se contracte. În starea sa rigidă, mușchiul artificial, care cântărește doar 1,13 grame, poate suporta o greutate de până la 5 kilograme, adică de aproximativ 4.400 de ori propria greutate.

Cercetătorii spun că mușchii umani se contractă la o tensiune de aproximativ 40%, dar mușchiul sintetic a atins o tensiune de 86,4% - de două ori mai mare decât mușchiul uman. Acest lucru a permis o densitate a muncii de 1.150 kilojuli pe metru cub - de 30 de ori mai mare decât cea de care este capabil țesutul uman.

Echipa a efectuat teste de tracțiune uniaxială pentru a măsura rezistența mușchiului artificial, aplicând o forță de tracțiune asupra unui obiect până când acesta se rupea pentru a găsi rezistența maximă la tracțiune.

Experții spun că această descoperire deschide perspective în multe domenii, de la robotică soft, reabilitare medicală, până la dispozitive inteligente purtabile și interfețe om-mașină.

Având capacitatea de a fi atât flexibili, cât și puternici, noua generație de mușchi artificiali poate ajuta roboții să se miște mai grațios, susținând în același timp cu precizie mișcările umane în aplicații biomedicale și industriale sofisticate.

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