تطوير مادة لصناعة عضلات اصطناعية مرنة
طور علماء في جامعة كاليفورنيا الأمريكية مادة لتصنيع عضلات اصطناعية أكثر قوة ومرونة من العضلات البيولوجية.
وقال الأستاذ الدكتور في علوم المواد كيبينغ باي: ”يمثل ابتكار عضلات اصطناعية قادرة على الحركة ورصد القوى واللمس تحديا كبيرا في العلوم والهندسة“، وفقا لموقع ”فيز دوت أورج“.
وأشار الباحثون في دراستهم المنشورة في مجلة ساينس العلمية إلى أن تصنيع مادة بديلة للعضلات يتطلب تطبيق قوة ميكانيكية مع البقاء مرنة في ظروف الجهد العالي، ما يعني أنها لن تفقد شكلها وقوتها بعد عدد من دورات العمل.
ومن بين مواد عديدة كانت مرشحة لصناعة العضلات، تميزت مادة تدعى ”ديإلكتريك إيلاستومير“ وهي خفيفة الوزن وعالية المرونة والاستطاعة إلى جانب تمتعها بالقساوة المطلوبة.
وتتميز تلك المواد بأنها مواد بوليميرية نشطة كهربائيا، وتكون طبيعية أو مصنعة، ومكونة من جزيئات ضخمة يمكنها تغيير شكلها وحجمها عند إثارتها بحقل كهربائي، وتمكن الآليات من العمل بتحويل الطاقة الكهربائية إلى جهد ميكانيكي.
ويمكن صنع تلك المواد من الآكريليك أو السيليكون، ولكن الآكريليك يتطلب شدا مسبقا وتنقصه المرونة، في حين أن السيليكون سهل الصنع ولكنه يتحمل جهدا قويا.
وبالاعتماد على المواد المتوفرة تجاريا والقابلة للمعالجة بواسطة الأشعة فوق البنفسجية، طور الباحثون مادة ذات أساس آكريليكي بمرونة عالية ويحافظ على صلابته وتحمله.
وعدّل الباحثون الروابط بين سلاسل البوليمير لتصبح المادة أكثر نعومة ومرونة، وتشبه شعرة الإنسان بسماكتها ومرونتها، وتمثل ناقلا كهربائيا يتحول إلى نسيج عضلي محرك ومصدر للطاقة الحركية، المسببة لحركة الروبوتات الصغيرة والمستشعرات، ووضع الباحثون 50 طبقة من المادة فوق بعضها.
وقال باي: ”تفسح هذه المادة المرنة والمتوفرة المجال أمام صناعة عضلات اصطناعية لجيل جديد من الروبوتات، أو أي تقنية قابلة للارتداء ويمكنها تقليد حركة البشر، أو حتى تقوية حركتهم مستقبلا“.
ويمكن للعضلات الاصطناعية عندها توليد قوة أكبر من العضلات البيولوجية، وتتميز بمرونة تتجاوزها بأكثر من 10 مرات.
وبالجمع بين طبيعة المادة المرنة وعملية صناعتها المبسطة، يمكن صنع محركات مرنة جديدة قادرة على الانثناء والقفز، مثل أرجل العنكبوت، أو الالتفاف والدوران.
وأظهر الباحثون قدرة محرك المادة العضلي على رمي كرة صغيرة أثقل منه بحوالي 20 مرة. ويمكنه كذلك التمدد والتقلص عند تعريضه لتوتر كهربائي.
