13 جولای 2023 – توسط کوئین مری، دانشگاه لندن -یک عضله مصنوعی الکتریکی خود حسگر و با سفتی متغیر. اعتبار: سیستم های هوشمند پیشرفته
در مطالعه‌ای که اخیراً در Advanced Intelligent Systems منتشر شده است، محققان دانشگاه کوئین مری لندن با توسعه نوع جدیدی از ماهیچه‌های مصنوعی با سفتی متغیر الکتریکی که دارای قابلیت‌های خودحسی هستند، پیشرفت‌های چشمگیری در زمینه بیونیک داشته‌اند. این فناوری نوآورانه این پتانسیل را دارد که انقلابی در رباتیک نرم و کاربردهای پزشکی ایجاد کند.
سخت شدن انقباض عضلانی نه تنها برای افزایش قدرت ضروری است، بلکه واکنش های سریع را در موجودات زنده ممکن می سازد. تیم محققان دانشکده مهندسی و علوم مواد QMUL با الهام از طبیعت، با موفقیت یک عضله مصنوعی ایجاد کرده اند که به طور یکپارچه بین حالت های نرم و سخت جابجا می شود و در عین حال دارای توانایی قابل توجهی در حس نیروها و تغییر شکل ها است.
دکتر Ketao Zhang، مدرس Queen Mary و محقق اصلی، اهمیت فناوری سفتی متغیر در محرک‌های ماهیچه‌مانند مصنوعی را توضیح می‌دهد. دکتر ژانگ می‌گوید: «توانمندسازی روبات‌ها، به‌ویژه آن‌هایی که از مواد انعطاف‌پذیر ساخته شده‌اند، با قابلیت‌های خود حسگر، گامی اساسی به سوی هوش بیونیک واقعی است.
عضله مصنوعی پیشرفته که توسط محققان توسعه یافته است، انعطاف‌پذیری و کشش‌پذیری مشابه ماهیچه‌های طبیعی را نشان می‌دهد، که آن را برای ادغام در سیستم‌های رباتیک نرم پیچیده و سازگاری با اشکال هندسی مختلف ایده‌آل می‌کند. با توانایی تحمل بیش از 200٪ کشش در طول جهت، این محرک انعطاف پذیر با ساختار راه راه دوام فوق العاده ای را نشان می دهد.
با اعمال ولتاژهای مختلف، عضله مصنوعی می تواند به سرعت سفتی خود را تنظیم کند و به مدولاسیون پیوسته با تغییر سفتی بیش از 30 برابر دست یابد. ماهیت ولتاژ محور آن مزیت قابل توجهی از نظر سرعت پاسخ نسبت به سایر انواع ماهیچه های مصنوعی دارد. علاوه بر این، این فناوری جدید می‌تواند تغییر شکل آن را از طریق تغییرات مقاومت کنترل کند، نیاز به ترتیبات حسگر اضافی را از بین ببرد و مکانیسم‌های کنترلی را ساده‌تر کند و در عین حال هزینه‌ها را کاهش دهد.
فرآیند ساخت این عضله مصنوعی خود حسگر ساده و قابل اعتماد است. نانولوله‌های کربنی با سیلیکون مایع با استفاده از فناوری پراکندگی اولتراسونیک مخلوط می‌شوند و با استفاده از یک اپلیکاتور فیلم به طور یکنواخت پوشش داده می‌شوند تا کاتد لایه‌ای نازک ایجاد شود، که همچنین به عنوان بخش حسگر عضله مصنوعی عمل می‌کند. آند مستقیماً با استفاده از یک برش مش فلزی نرم ساخته می شود و لایه تحریک بین کاتد و آند قرار می گیرد. پس از خشک شدن مواد مایع، یک ماهیچه مصنوعی با سفتی متغیر خود حسگر کامل تشکیل می شود.
کاربردهای بالقوه این فناوری سفتی متغیر انعطاف پذیر بسیار گسترده است، از رباتیک نرم تا کاربردهای پزشکی. ادغام یکپارچه با بدن انسان، امکاناتی را برای کمک به افراد دارای معلولیت یا بیماران در انجام وظایف ضروری روزانه باز می کند. با ادغام عضله مصنوعی خودحسگر، دستگاه‌های رباتیک پوشیدنی می‌توانند فعالیت‌های بیمار را زیر نظر بگیرند و با تنظیم سطوح سفتی، مقاومت را ایجاد کنند و بازیابی عملکرد عضلانی را در طول تمرین توانبخشی تسهیل کنند.
دکتر ژانگ می‌گوید: «در حالی که هنوز چالش‌هایی وجود دارد که باید قبل از استقرار این روبات‌های پزشکی در محیط‌های بالینی مورد توجه قرار گیرند، این تحقیق نشان‌دهنده گامی مهم به سوی یکپارچگی انسان و ماشین است». “این طرحی برای توسعه آینده ربات های نرم و پوشیدنی ارائه می دهد.”
مطالعه انجام شده توسط محققان دانشگاه کوئین مری لندن، نقطه عطف مهمی در زمینه بیونیک است. آنها با توسعه عضلات مصنوعی الکتریکی خود حسگر، راه را برای پیشرفت در رباتیک نرم و کاربردهای پزشکی هموار کردند
