نرم به اندازه پوست، قوی به اندازه فولاد: عضلات مغناطیسی قدرتمند که ۱۰۰۰ برابر وزن خود را بلند می‌کنند
پژوهشگران ماده‌ای مهندسی کرده‌اند که به اندازه پوست نرم اما به طرز شگفت‌انگیزی قوی است.
تیم مؤسسه ملی علم و فناوری اولسان (UNIST) در کره جنوبی یک عضله مصنوعی ترکیبی مغناطیسی نوآورانه توسعه داده است. این ماده جدید می‌تواند سختی خود را تغییر دهد و از حالت نرم به حالت سفت و بالعکس تبدیل شود.
به طور جالب، عضله مصنوعی قابلیت تحمل بارهایی مشابه با بارهای اتومبیل‌ها را دارد.
علاوه بر این، سختی این ماده به طرز شگفت‌آوری ۲۷۰۰ بار بیشتر از مواد سنتی است. این فناوری می‌تواند به طور قابل توجهی به رباتیک نرم و فناوری پوشیدنی سود برساند.
عضلات مصنوعی قوی
عضلات مصنوعی نرم و شبیه انسان برای رباتیک، پوشیدنی‌ها و وسیله‌های پزشکی حیاتی هستند.
در حالی که مواد نرم سنتی برای حرکات روان عالی هستند، اما از نظر قدرت و دقت کمبود دارند. به ویژه، مواد موجود برای بلند کردن اجسام سنگین بسیار سفت و برای کنترل دقیق بسیار انعطاف‌پذیر هستند.
در این توسعه جدید، پژوهشگران به رهبری پروفسور هون اوی جونگ از دپارتمان مهندسی مکانیک تلاش کرده‌اند این مشکلات را برطرف کنند. آن‌ها از موادی استفاده کردند که می‌توانند بین حالت‌های سخت و نرم تغییر کنند. پژوهشگران دو ماده کلیدی را ترکیب کردند: ذرات فرومغناطیسی و پلیمرهای حافظه شکل.
ذرات فرومغناطیسی به میدان‌های مغناطیسی واکنش نشان می‌دهند و به عضله امکان کنترل از راه دور را می‌دهند. آن‌ها همچنین به قدرت عضله کمک می‌کنند.
از طرف دیگر، این پلیمرها می‌توانند به محرک‌های خاصی (مانند حرارت یا نور) واکنش نشان دهند و سپس به شکل اصلی خود بازگردند. این امکان را می‌دهد که عضله بسیار قابل تنظیم بوده و سختی خود را تغییر دهد.
با ترکیب این دو ماده، پژوهشگران نوع جدیدی از عضله مصنوعی ایجاد کرده‌اند که هم قوی و هم انعطاف‌پذیر است.
سختی شگفت‌انگیز
پژوهشگران از یک "درمان سطحی" خاص برای اتصال ذرات مغناطیسی به پلیمر حافظه شکل استفاده کردند.
این اتصال قوی بین دو ماده ایجاد کرد که عملکرد و قدرت کلی عضله مصنوعی را بهبود بخشید.
علاوه بر این، این اتصال به عضله امکان می‌دهد که به میدان‌های مغناطیسی به‌صورت سریع و کارآمد واکنش نشان دهد. هنگامی که یک میدان مغناطیسی اعمال می‌شود، ذرات مغناطیسی واکنش نشان می‌دهند و موجب تغییر شکل عضله می‌شوند. این واکنش سریع حرکات دقیق و کنترل‌شده را ممکن می‌سازد.
"با استفاده از روش‌های تحریک چندگانه، از جمله حرارت لیزری و کنترل میدان مغناطیسی، می‌توانیم از راه دور حرکات اساسی را اجرا کنیم، مانند کشش، انقباض، خم شدن و پیچش، همراه با اقدامات پیچیده‌تر مانند دستکاری اشیاء با دقت،" پروفسور جونگ توضیح داد.
بنابر بیانیه مطبوعاتی، این عضلات به طرز شگفت‌انگیزی قابل تطبیق بوده و قادر به تغییر سختی خود تا ۲۷۰۰ بار و نرمی خود تا هشت برابر هستند.
به ویژه، این مواد می‌توانند نیروهای کششی ۱۰۰۰ برابر وزن خود و نیروهای فشاری ۳۶۹۰ برابر وزن خود را تحمل کنند.
این عضلات کارآمدی بسیار بالا داشته و ۹۰.۹ درصد از انرژی ورودی را به کار مفید تبدیل می‌کنند.
تیم همچنین بر روی کاهش ارتعاشات کار کرده است. ماده از یک طراحی دولایه نوآورانه برخوردار است که لایه ژل هیدروژل میراکننده ارتعاش را معرفی می‌کند. این امکان کنترل بی‌سابقه‌ای را فراهم می‌کند و ارتعاشات عضله مصنوعی را حتی در سرعت‌های بالا کاهش می‌دهد.
"این پژوهش راهکارهایی برای کاربردهای تحول‌آفرین در بخش‌های مختلف باز می‌کند، با خواص مکانیکی و عملکردی که محدودیت‌های عضلات مصنوعی موجود را فراتر می‌برد،" جونگ نتیجه‌گیری کرد.
این مطالعه در مجله Nature Communications منتشر شد.
