علمی، پژوهشی و فناوری

تحول در صنعت رباتیک و پوشیدنی‌ها با عضله‌ای به نرمی پوست و استحکام فولاد

به گزارش پایگاه خبری علم و فناوری : پژوهشگران موسسه ملی علم و فناوری اولسان (UNIST) نوعی ماهیچه مصنوعی کامپوزیت مغناطیسی نوآورانه ابداع کرده اند. این ماده جدید می‌تواند با تطبیق سطح سفتی خود، از نرم به سفت و بالعکس تغییر کند.

این عضله مصنوعی «توانایی چشمگیری در تحمل بار‌های قابل مقایسه با وزن خودروها» را دارد.

علاوه بر این، سفتی این ماده دو هزار و ۷۰۰ برابر بیشتر از مواد رایج است. این فناوری می‌تواند به طور قابل توجهی به درد رباتیک نرم و فناوری پوشیدنی بخورد. رعضلات مصنوعی نرم و شبیه انسان برای روباتیک، پوشیدنی‌ها و دستگاه‌های پزشکی بسیار مهم هستند.

 در حالی که مواد نرم سنتی برای حرکات آرام و ساده عالی هستند، اما از نظر قدرت و دقت دلخواه نیستند. به ویژه، مواد موجود برای بلند کردن وزنه‌های سنگین بسیار سفت و سخت و از سویی برای حفظ کنترل دقیق بسیار انعطاف پذیر هستند.

«هون ایویی جئونگ» «Hoon Eui Jeong» مجری این تحقیقات از گروه مهندسی مکانیک و همکارانش سعی کرده اند بر این چالش‌ها غلبه کنند.

آنها برای این کار از موادی استفاده کردند که می‌توانستند بین حالت سخت و نرم جابجا شود. این پژوهشگران دو ماده کلیدی را ترکیب کردند: ذرات فرومغناطیسی و پلیمر‌های حافظه شکلی.

ذرات فرومغناطیسی به میدان‌های مغناطیسی پاسخ داده و به عضله اجازه می‌دهند که از راه دور کنترل شود. آنها همچنین به قدرت عضله کمک می‌کنند.

از سوی دیگر، این پلیمر‌ها می‌توانند در پاسخ به محرک‌های خاصی مانند گرما یا نور تغییر شکل دهند و دوباره به شکل اولیه خود بازگردند. این ویژگی به عضله کمک می‌کند بسیار سازگار باشد و سفتی آن را تغییر دهد.

با ترکیب این دو ماده، محققان نوع جدیدی از عضله مصنوعی ابداع کرده اند که هم قوی و هم انعطاف پذیر است. 

نرمی شگفت انگیز 

محققان از یک «پردازش سطحی» ویژه برای اتصال ذرات مغناطیسی به پلیمر حافظه شکلی استفاده کردند که یک ارتباط قوی بین این دو ماده به وجود آورد که قدرت کلی و عملکرد عضله مصنوعی را بهبود بخشید.

همچنین، این اتصال به ماهیچه اجازه می‌دهد تا به سرعت و کارآمد به میدان‌های مغناطیسی پاسخ دهد. هنگامی که میدان مغناطیسی اعمال می‌شود، این ذرات مغناطیسی واکنش نشان داده و باعث تغییر شکل عضله می‌شوند. این واکنش سریع حرکات دقیق و کنترل شده را امکان پذیر می‌کند.

جئونگ می‌گوید: «با استفاده از روش‌های تحریکی چندگانه، از جمله گرمایش لیزری و کنترل میدان مغناطیسی، می‌توانیم از راه دور حرکات اساسی مانند کشیدگی، انقباض، خمش و پیچش را همراه با کار‌های پیچیده تری مانند دستکاری اجسام با دقت اجرا کنیم.»

بر اساس اعلام محققان کره ای، این عضلات بسیار سازگار هستند و می‌توانند سفتی خود را ۲۷۰۰ بار و نرمی شان را تا ۸ برابر تغییر دهند. گفتنی است این مواد می‌توانند نیرو‌های کششی هزار برابر وزن خود و نیرو‌های فشاری سه هزار و ۶۹۰ برابر وزن خود را تحمل کنند.

این عضله‌های مصنوعی نیروگاه‌های کارآمدی هستند که ۹۰.۹ درصد انرژی ورودی را به کار مفید تبدیل می‌کنند.

این محققان همچنین روی کاهش ارتعاشات نیز کار کرده است. این ماده جدید دارای یک طراحی خلاقانه دو لایه است که یک لایه آن هیدروژل لرزه گیر است. این امر کنترل بی سابقه‌ای را ممکن می‌سازد و ارتعاشات ماهیچه مصنوعی را حتی در سرعت‌های بالا کاهش می‌دهد.

نتایج این تحقیقات در نشریه Nature Communications منتشر شده است.