محققان نوع جدیدی از فیبر را ایجاد کردهاند که میتواند مانند یک محرک عضلانی عمل کند،
- نویسنده : University of Texas at Austin
محققان نوع جدیدی از فیبر را ایجاد کردهاند که میتواند مانند یک محرک عضلانی عمل کند، از بسیاری جهات بهتر از سایر گزینههای امروزی. و مهمتر از همه، ساختن و بازیافت این فیبرهای ماهیچه مانند ساده است.
تقلید از بدن انسان، بهویژه محرکهایی که حرکت ماهیچهها را کنترل میکنند، در سراسر جهان بسیار جالب است. در سالهای اخیر، نوآوریهای زیادی برای بهبود رباتیک، اندامهای مصنوعی و موارد دیگر انجام شده است، اما ایجاد این محرکها معمولاً شامل فرآیندهای پیچیدهای با مواد گرانقیمت و سخت میشود.
محققان دانشگاه تگزاس در آستین و دانشگاه پن ایالتی نوع جدیدی از فیبر را ایجاد کردهاند که میتواند مانند یک محرک عضلانی عمل کند، از بسیاری جهات بهتر از سایر گزینههای امروزی. و مهمتر از همه، ساختن و بازیافت این فیبرهای ماهیچه مانند ساده است.
در مقاله جدیدی که در Nature Nano منتشر شد، محققان نشان دادند که این الیاف، که در ابتدا در حین کار بر روی پروژه دیگری کشف کردند، در مقایسه با آنچه امروز وجود دارد، کارآمدتر، انعطافپذیرتر و قادر به کنترل افزایش فشار هستند. از این الیاف می توان به روش های مختلفی از جمله پزشکی و روباتیک استفاده کرد.
مانیش کومار، یکی از همکاران می گوید: «به جای استفاده از یک موتور مکانیکی برای انجام این کار، اساساً می توانید یک اندام از این الیاف در رباتی بسازید که به محرک ها پاسخ می دهد و قدرت را پس می دهد، و این خوب است زیرا در این صورت لمس نرم تری خواهد داشت. استاد در گروه مهندسی عمران، معماری و محیط زیست دانشکده مهندسی کوکرل و یکی از نویسندگان اصلی مقاله.
این نوع بازوی رباتیک می تواند در یک اسکلت بیرونی کمکی برای کمک به افراد با بازوهای ضعیف برای بازیابی حرکت و قدرت استفاده شود. محققان می گویند یکی دیگر از کاربردهای بالقوه می تواند نوعی "بانداژ خود بسته شونده" باشد که می تواند در روش های جراحی استفاده شود و به طور طبیعی پس از بهبود زخم در داخل بدن تخریب شود.
رابرت هیکی، استادیار علوم و مهندسی مواد در ایالت پن و نویسنده مسئول مقاله میگوید: «محرکها هر مادهای هستند که تحت هر محرک خارجی تغییر یا تغییر شکل میدهند، مانند بخشهایی از ماشین که منقبض، خم میشوند یا منبسط میشوند. . و برای فناوریهایی مانند روباتیک، ما باید نسخههای نرم و سبک وزن این مواد را توسعه دهیم که اساساً میتوانند مانند ماهیچههای مصنوعی عمل کنند. کار ما در واقع یافتن راهی جدید برای انجام این کار است.»
مواد فیبر به عنوان یک بلوک کوپلیمر شناخته می شود. ایجاد آن فقط مستلزم قرار دادن پلیمر در یک حلال و سپس اضافه کردن آب است. یک قسمت از پلیمر آبدوست (جذب آب) است، در حالی که قسمت دیگر آبگریز (مقاوم در برابر آب) است. بخش های آبگریز پلیمر با هم گروه می شوند تا از آب محافظت کنند و ساختار الیاف را ایجاد کنند.
الیاف موجود مشابه به جریان الکتریکی برای تحریک واکنش هایی که قطعات را به یکدیگر متصل می کند، نیاز دارند. این اتصال متقابل شیمیایی در مقایسه با فیبر جدید محققان که یک واکنش مکانیکی است، سختتر است، به این معنی که قطعات بیشتر کار را خودشان انجام میدهند. یکی دیگر از مزایای اضافه شده این است که ساده است که فرآیند را معکوس کنید و قطعات فیبر را به حالت اولیه خود بازگردانید.
کومار گفت: "سهولت ساخت این الیاف از پلیمر و قابلیت بازیافت آنها بسیار مهم است، و این جنبه ای است که بسیاری از تحقیقات پیچیده دیگر ماهیچه های مصنوعی آن را پوشش نمی دهند."
محققان دریافتند الیاف آنها 75 درصد از نظر تبدیل انرژی به حرکت کارآمدتر هستند، قادر به تحمل 80 درصد فشار بیشتر هستند و می توانند با سرعت و نیروی بیشتری نسبت به محرک های فعلی بچرخند. و می تواند تا بیش از 900٪ طول خود قبل از شکستن کشش یابد.
این کشف زمانی اتفاق افتاد که محققان روی چیز دیگری کار می کردند. آنها سعی داشتند از این پلیمرها برای ساخت غشاهایی برای تصفیه آب استفاده کنند. با این حال، ساختارهایی که آنها ساخته بودند برای غشاء بسیار طولانی بود. آنها تا پنج برابر طول اولیه خود دراز کردند و آن طول را حفظ کردند. محققان متوجه شدند که این ویژگی ها مشابه بافت عضلانی است، بنابراین تصمیم گرفتند تمرکز را تغییر دهند.
محققان در مراحل اولیه این پروژه هستند و در مرحله بعدی قصد دارند در مورد تغییرات ساختاری پلیمر بیشتر بیاموزند و برخی از خواص فعال سازی از جمله چگالی انرژی و سرعت را بهبود بخشند. آنها همچنین ممکن است از همین تکنیک طراحی برای ایجاد محرک هایی استفاده کنند که به محرک های مختلف مانند نور پاسخ می دهند.
ونکات گانسان، استاد دپارتمان مهندسی شیمی مک کتا و روی هوانگ، استاد دپارتمان مهندسی هوافضا و مکانیک مهندسی، دیگر مهندسان تگزاس در تیم هستند. چائو لانگ، الیزابت لوید، کلی ماتوسفسکی و یفان خو نیز در تیم پن استیت حضور دارند. دفتر تحقیقات علمی نیروی هوایی، بنیاد ملی علوم و ایالت پن، بودجه این تحقیق را تامین کردند.
شبکه های اجتماعی شیمیایی پیام
برای ما پیام بفرستید
لطفا راه ارتباط ما با خودتان را در پیامتان مشخص کنید