Револуционарно откриће вештачког мишића – роботи ће подизати 4.000 пута већи терет од своје тежине

Кључно достигнуће у дизајну овог мишића јесте његова способност да буде флексибилан или затегнут по потреби, што је прво такво решење у овој области истраживања. Научници су своје резултате објавили у часопису Advanced Functional Materials.

„Овим истраживањем превазилазимо основно ограничење традиционалних вештачких мишића, који су или веома растегљиви али слаби, или јаки али укочени“, рекао је водећи аутор студије Хун Уи Џонг, професор машинства на Националном институту за науку и технологију у Улсану.

„Наш композитни материјал може да постигне обоје, отварајући пут ка свестранијим меким роботима, носивим уређајима и интуитивнијим интерфејсима човек-машина“, додао је Хун.

Вештачки мишићи обично имају ограничену способност да буду истовремено растегљиви и чврсти, морају да се шире, а да при томе задрже довољно енергетског учинка, иначе им је радна густина ограничена. Ипак, сматра се да ће меки вештачки мишићи бити револуционарни јер су лагани, механички прилагодљиви и могу да се покрећу у више праваца.

Када истраживачи говоре о „радној густини“ (work density), мисле на количину енергије коју мишић може да произведе по јединици запремине. Главни изазов код вештачких мишића јесте постизање високе радне густине уз велику растегљивост.

Дижеш ли ти ишта, роботе?

Научници су свој вештачки мишић описали као „високоперформансни магнетни композитни актуатор“, што значи да је направљен од сложене хемијске комбинације полимера који се повезују како би опонашали стезање и опуштање правих мишића.

Један од тих полимера може да мења свој степен крутости, док је смештен у матрицу са магнетним микрочестицама на површини које се такође могу контролисати. То омогућава да се мишић „покрене“ и управља њиме путем подесиве крутости, чиме се остварује кретање.

Нови дизајн интегрише два различита механизма умрежавања – први је хемијски ковалентно везан (два или више атома деле електроне ради стабилније структуре), а други реверзибилан, физички интерактиван систем. Та комбинација омогућава дуготрајну издржљивост мишића, наводи се у студији.

Компромис између крутости и растегљивости решен је помоћу двоструке архитектуре умрежавања, а физичка мрежа додатно је ојачана микрочестицама NdFeB, којима се може доделити функција уз помоћ безбојне течности октадецилтрихлоросилан. Честице су равномерно распоређене кроз полимерну матрицу.

Композитни мишић постаје крут када подиже тешке терете, а омекшава када треба да се контрактује. У свом укоченом стању, овај вештачки мишић који тежи свега 1,13 грама може да поднесе терет до пет килограма – отприлике 4.400 пута више од сопствене тежине.

Људски мишић се контрахује за око 40 одсто своје дужине, док синтетички мишић постиже 86,4 одсто истезања, више него дупло у односу на људски, наводи се у студији. То омогућава радну густину од 1.150 килоџула по кубном метру, што је 30 пута више од капацитета људског ткива.

Истраживачи су чврстоћу свог вештачког мишића тестирали помоћу једноосног затезног теста – механичког испитивања у којем се материјал истеже до пуцања, при чему се мери однос између силе затезања и издужења, како би се утврдила његова крајња затезна чврстоћа.