الهام از ماهیچه برای تولید ساختار عضله مصنوعی
تیمی از محققان دانشگاه پنسیلوانیا با الهام از ساختار ماهیچه ها، یك راهبرد جدید نوآورانه برای ایجاد عملگر های فیبری ارائه كردند كه منجر به پیشرفت هایی در حوزه رباتیك، پروتز و لباس های هوشمند شود.
به گزارش خبرگزاری صدا وسیما؛ به نقل از پایگاه خبری فناوری نانو ایران، رابرت هیكی، استادیار علوم و مهندسی مواد در ایالتی پنسیلوانیا می گوید: «عملگر ها موادی هستند كه تحت هر محرك خارجی تغییر شكل می دهند، مانند بخش هایی از ماشین كه منقبض و خم می شوند یا منبسط می شوند. این ساختار ها برای فناوری هایی مانند روباتیك ضروری بوده و ما باید نسخه های نرم و سبك وزن این مواد را توسعه دهیم كه اساساً می توانند مانند ماهیچه های مصنوعی عمل كنند.»
این تیم یك فرآیند دو مرحله ای را برای ساخت عملگر های فیبری ایجاد كرده كه ساختار فیبر های عضلانی را تقلید می كنند و از چندین جنبه در مقایسه با عملگر های فعلی، از جمله در كارایی، فشار تحریك و خواص مكانیكی برتری دارند.
هیكی گفت: «این یك زمینه كاری بسیار وسیع است و تحقیقات هیجان انگیز زیادی در این حوزه وجود دارد، اما واقعاً روی مواد مهندسی برای بهینه سازی خواص متمركز شده است. آنچه كار ما را هیجان انگیز می كند این است كه ما واقعاً بر ارتباط بین شیمی، ساختار و ویژگی تمركز می كنیم.»
هیكی قبلاً تیمی را رهبری می كرد كه مواد هیدروژل خود مونتاژ شونده و نانوساختار را تولید می كرد. هیدروژل ها شبكه ای از پلیمر ها هستند كه می توانند متورم شوند و مقدار زیادی آب را نگه دارند و در عین حال ساختار خود را حفظ كنند.
در این تحقیقات جدید، دانشمندان دریافتند كه الیاف ساخته شده از این ماده هیدروژل می توانند چندین برابر طول اولیه خود در هنگام هیدراته شدن، كشیده شده، سخت شوند و هنگام خشك شدن در حالت كشیده به شكل كشیده قفل شوند.
به گفته دانشمندان، افزودن آب یا گرما به این مواد اجازه می دهد تا به اندازه اصلی خود بازگردند و استفاده از آن را به عنوان یك عملگر امیدواركننده می سازد.
هیكی گفت: «ما شروع كردیم به تشخیص اینكه این الیاف منقبض شده اند و برخی از خواص واقعاً شگفت انگیز را نشان می دهند. زمانی كه ما به توصیف ساختار پرداختیم، متوجه شدیم كه چیز های اساسی جالبی در اینجا اتفاق می افتد.»
به گفته دانشمندان، این مواد از ساختار های بسیار هم تراز در مقیاس نانو با حوزه های بلوری و آمورف متناوب تشكیل شده اند كه شبیه الگوی منظم ماهیچه های اسكلتی پستانداران است.»
خواص كششی استثنایی هیدروژل ها نتیجه تركیب حوزه های نانومقیاس آمورف سفت و سخت و منافذ میكرومقیاس پر از آب است. هنگامی كه هیدروژل ها كشیده می شوند، مانند یك نوار لاستیكی باز می شوند. اگر الیاف كشیده شده در حالت كشیده خشك شوند، شبكه پلیمری متبلور می شود و در شكل كشیده الیاف قفل می شود.