Cercetătorii de la Institutul Național de Știință și Tehnologie din Ulsan, Coreea de Sud, au dezvăluit un mușchi artificial revoluționar care poate trece fără probleme de la flexibilitatea asemănătoare cauciucului la rigiditatea asemănătoare oțelului, ridicând în același timp sarcini extraordinare. Micul mușchi de 1,25 grame poate susține până la 5 kilograme—aproximativ de 4.000 de ori propria greutate—reprezentând o descoperire majoră în robotica moale și tehnologia biomedicală.
Designul cu două stări depășește limitările tradiționale
Echipa de cercetare, condusă de profesorul Hoon Eui Jeong de la Departamentul de Inginerie Mecanică al UNIST, și-a publicat descoperirile în Advanced Functional Materials pe 13 octombrie, abordând o provocare fundamentală care a limitat aplicațiile mușchilor artificiali timp de decenii. Mușchii artificiali tradiționali se confruntă cu un compromis inerent: pot fi fie foarte flexibili, fie capabili să exercite o forță semnificativă, dar nu ambele simultan.
„Această cercetare depășește limitarea fundamentală în care mușchii artificiali tradiționali sunt fie foarte extensibili dar slabi, fie puternici dar rigizi”, a explicat profesorul Jeong. „Materialul nostru compozit poate face ambele, deschizând calea către roboți moi mai versatili, dispozitive portabile și interfețe om-mașină mai intuitive.”
Mușchiul revoluționar atinge valori de performanță remarcabile care depășesc cu mult capacitățile mușchiului uman. În timpul contracției, acesta atinge o deformare de 86,4%—mai mult decât dubla deformării de aproximativ 40% tipică mușchilor umani. Densitatea sa de lucru de 1.150 kJ/m³ este de 30 de ori mai mare decât cea a țesutului uman, indicând câtă energie per unitate de volum poate furniza mușchiul.
Rețeaua avansată de polimeri permite o versatilitate fără precedent
Inovația cheie constă în rețeaua de polimeri cu dublă reticulare concepută de cercetători. Legăturile chimice formate prin legături covalente oferă rezistență structurală, în timp ce interacțiunile fizice care pot fi formate și rupte prin stimuli termici conferă o flexibilitate excepțională. Microparticulele magnetice tratate superficial, încorporate în mușchi, permit câmpurilor magnetice externe să controleze cu precizie mișcarea, demonstrat prin experimente reușite de ridicare a obiectelor folosind acționare magnetică.
Când este înmuiat, mușchiul artificial se poate întinde până la de 12 ori lungimea sa inițială, oferind o flexibilitate extraordinară pentru operațiuni delicate. Această comutare programabilă a rigidității permite mușchiului să realizeze o fixare a formei ce depășește 99% și o elongare la rupere de 1.274%
Impact asupra roboticii și tehnologiei medicale
Această dezvoltare reprezintă un avans semnificativ pentru aplicațiile care necesită interacțiune asemănătoare celei umane, inclusiv robotică, dispozitive portabile și tehnologii medicale asistive. Capacitatea mușchiului de a ajusta dinamic rigiditatea menținând în același timp performanțe ridicate deschide posibilități pentru proteze mai sofisticate, dispozitive de reabilitare și sisteme robotice moi care pot interacționa în siguranță cu oamenii.
Această cercetare recentă se bazează pe rolul de lider continuu al UNIST în dezvoltarea mușchilor artificiali. La începutul acestui an, aceeași echipă de cercetare a publicat descoperiri în Nature Communications demonstrând mușchi compoziti magnetici capabili să susțină sarcini comparabile cu automobilele, cu o îmbunătățire a rigidității ce depășește de 2.700 de ori sistemele convenționale. Studiul a fost susținut de Fundația Națională de Cercetare a Coreei și reprezintă parte a unei inițiative mai ample de a dezvolta tehnologii de actuare de generație următoare.
