8 نوامبر 2024 – توسط JooHyeon Heo، موسسه ملی علم و فناوری اولسان-تصویر شماتیک مفهوم عضله کامپوزیت تک فازی و چند عملکرد آن را به تصویر می کشد. اعتبار: Nature Communications (2024
یک تیم تحقیقاتی به رهبری پروفسور Hoon Eui Jeong از دپارتمان مهندسی مکانیک UNIST یک عضله مصنوعی کامپوزیت مغناطیسی ابتکاری را معرفی کرده است که توانایی قابل توجهی در تحمل بارهای قابل مقایسه با خودروها را نشان می دهد. این ماده در مقایسه با سیستم های معمولی، سفتی را بیش از 2700 برابر افزایش می دهد. این مطالعه در Nature Communications منتشر شده است.
ماهیچه های مصنوعی نرم، که از سیالیت حرکت عضلانی انسان تقلید می کنند، به عنوان فناوری های حیاتی در زمینه های مختلف، از جمله روباتیک، دستگاه های پوشیدنی، و کاربردهای زیست پزشکی ظاهر شده اند. انعطاف پذیری ذاتی آنها امکان عملیات روانتر را فراهم می کند. با این حال، مواد سنتی معمولاً محدودیت‌هایی در سفتی نشان می‌دهند، که مانع از توانایی آنها در بلند کردن وزنه‌های قابل توجه و حفظ کنترل دقیق به دلیل ارتعاشات ناخواسته می‌شود.
برای غلبه بر این چالش‌ها، محققان از مواد سفت و سخت متغیری استفاده کرده‌اند که می‌توانند بین حالت‌های سخت و نرم تغییر کنند. با این حال، محدوده موجود برای مدولاسیون سختی، همراه با عملکرد مکانیکی ناکافی، محدود باقی مانده است.
رویکرد نوآورانه این تیم، ذرات فرومغناطیسی را با پلیمرهای حافظه شکل ترکیب می‌کند تا یک عضله مصنوعی کامپوزیت مغناطیسی نرم ایجاد کند که به طور قابل توجهی ظرفیت باربری و کشش را افزایش می‌دهد. این ماده جدید ذرات فرومغناطیسی را که قادر به ایجاد نیروهای مغناطیسی قابل توجهی هستند با پلیمرهای حافظه شکل که به عنوان مواد سفت و سخت همه کاره شناخته می شوند، ادغام می کند.
از طریق عملیات سطح تخصصی، ذرات فرومغناطیسی درهم تنیدگی های فیزیکی پیچیده ای را با پلیمر حافظه شکل تشکیل می دهند. این برهمکنش هم افزایی نه تنها خواص مکانیکی کامپوزیت را افزایش می دهد، بلکه پاسخ های سریع و کارآمد به میدان های مغناطیسی خارجی را نیز تسهیل می کند.
ماهیچه های مصنوعی توسعه یافته از طریق این پیشرفت، سازگاری فوق العاده ای از خود نشان می دهند، سفتی خود را تا 2700 بار تغییر می دهند و نرمی آنها بیش از هشت برابر افزایش می یابد. در شرایط سخت، آنها طوری مهندسی شده اند که تنش های کششی تا 1000 برابر وزن خود و تنش های فشاری تا 3690 برابر وزن خود را تحمل کنند.
از نظر راندمان تحریک، این ماهیچه‌های نوآورانه قابلیت‌های عملکردی قابل توجهی را نشان می‌دهند که بازده انرژی به 90.9 درصد می‌رسد.
این تیم تحقیقاتی همچنین یک معماری دولایه را پیاده سازی کرده است که دارای یک لایه هیدروژل است که برای کاهش ارتعاشات خارجی طراحی شده است. این ساختار کنترل دقیق ماهیچه های مصنوعی نرم را حتی در حین عملیات سریع امکان پذیر می کند.پروفسور جئونگ گفت: «این تحقیق راه‌هایی را برای کاربردهای متحول کننده در بخش‌های مختلف باز می‌کند، که توسط خواص مکانیکی و عملکردی که از محدودیت‌های ماهیچه‌های مصنوعی موجود فراتر می‌رود، هدایت می‌شود.
با استفاده از روش‌های چندتحریکی، از جمله گرمایش لیزری و کنترل میدان مغناطیسی، می‌توانیم از راه دور حرکات اساسی مانند ازدیاد طول، انقباض، خمش و پیچش را همراه با اقدامات پیچیده‌تر مانند دستکاری اجسام با دقت اجرا کنیم.
