Nämä keinomuskelit perustuvat muotomuistipolymeerien ja magneettisten hiukkasten yhdistelmään. Ensimmäinen elementti mahdollistaa hallitun muodonmuutoksen lämmön vaikutuksesta, kun taas magneettiset hiukkaset tarjoavat tarkan ohjauksen ulkoisten kenttien avulla. Tämä kaksoisominaisuus mahdollistaa materiaalin jäykkyyden säätämisen ennennäkemättömissä suhteissa, jopa 2 700 kertaa sen pehmeimmässä tilassa.
Pehmeä robotiikka saa inspiraationsa elävästä luonnosta kehittääkseen joustavia ja kestäviä koneita, jotka soveltuvat monimutkaisiin ympäristöihin. Kuitenkin yksi merkittävä este oli olemassa: perinteiset materiaalit, kuten silikoni, eivät ole riittävän kestäviä tai kuormitusta kestäviä. Etelä-Koreassa saavutetut edistysaskeleet tarjoavat ratkaisun näihin rajoituksiin.
Luonnossa julkaistussa tutkimuksessa Ulsanin tiede- ja teknologiayliopiston tutkijat kuvaavat suunnitelmaansa: keinomuskel, joka on yhtä joustava kuin iho ja yhtä vahva kuin teräs. Tämä komposiittimateriaali voi paitsi taivuttaa, venyttää tai supistaa, myös nostaa kuormia jopa 1 000 kertaa oman painonsa.
Tämän saavutuksen avain piilee järjestelmän lämpö- ja magneettikontrollissa. Korkeassa lämpötilassa lihas muuttuu muovautuvaksi ja mukautuvaksi. Jäähdyttyään se palauttaa jäykkyytensä ja alkuperäisen muotonsa polymeerin muotomuistitoimintojen ansiosta. Tämä joustavuus avaa uusia mahdollisuuksia kirurgisessa robotiikassa, dynaamisissa proteeseissa ja kannettavissa laitteissa.
Kun materiaali altistuu magneettikentälle, se voi venyä jopa 800 % alkuperäisestä pituudestaan, säilyttäen samalla huomattavan liikkuvuuden tarkkuuden. Sen reaktiokyky mahdollistaa monimutkaisten tehtävien suorittamisen, kuten hauraiden esineiden käsittelyn tai työskentelyn äärimmäisissä olosuhteissa.
Tutkijaryhmä on myös integroinut kaksikerroksisen rakenteen, jossa on hydrogeeli, joka vaimentaa tärinää. Tämä innovaatio parantaa lihaksen vakautta jopa suurilla nopeuksilla ja lisää sen energiatehokkuutta, joka saavuttaa 90,9 %.
Nämä keinomuskelit eivät rajoitu vain vaikuttavaan voimaansa. Niiden modulaarisuus voisi muuttaa kannettavia ja biolääketieteellisiä teknologioita, tarjoten räätälöityjä ratkaisuja yksilöllisiin tarpeisiin. Laitteet, jotka pystyvät tukemaan ihmisten liikkeitä samalla kun ne lisäävät niiden voimaa, saattavat pian tulla todellisuudeksi.
Professori Jeongin mukaan, joka johtaa hanketta, tämä löytö merkitsee ratkaisevaa vaihetta nykyisten materiaalien rajoitusten ylittämisessä, lupaamalla sovelluksia monilla eri aloilla, kuten teollisuudessa, lääketieteessä ja huipputeknologisessa robotiikassa.
Mikä on muotomuistipolymeeri?
Muotomuistipolymeeri on materiaali, joka pystyy muuttamaan muotoaan stimulin, kuten lämmön, vaikutuksesta ja palauttamaan alkuperäisen rakenteensa, kun stimuli lakkaa. Tämä ominaisuus perustuu ainutlaatuiseen molekyylirakenteeseen.Nämä polymeerit on ohjelmoitu muistamaan kaksi tilaa: "muuttunut" tila, joka aktivoituu stimulin vaikutuksesta, ja "alkuperäinen" tila, johon ne palaavat stimulin lakatessa. Tämä käyttäytyminen erottaa ne perinteisistä materiaaleista.
Niitä käytetään laajalti robotiikassa, lääketieteessä ja teollisuudessa. Niiden mukautumiskyky tekee niistä ihanteellisia älykkäiden laitteiden, kuten dynaamisten proteesien tai keinomuskelien, luomiseen. Niiden suuri joustavuus ja kestävyys tarjoavat innovatiivisia ratkaisuja teknologioille, jotka vaativat modulaarisuutta jäykkyyden ja joustavuuden välillä.