با رشد یک گیاه خیار، پیچکهایی پیچ خورده جوانه می زنند و کمک می کنند تا گیاه به بالای گیاه کشیده شود. با قد کشیدن خیار، افزایش دریافت نور توسط گیاه تضمین می شود.
اخیرا محققان MIT با الهام از این مکانیزم خیار، عضلات مصنوعی برای ماهیچه های مصنوعی رباتها، پروتز اندام ها و دیگر کاربردها در حوزه های مکانیکی و پزشکی تولید کرده اند.
در روشهای قبلی تولید عضلات مصنوعی ، سیستم های هیدورلیکی، سرو موتورها، مواد نگهدارنده و پلیمرهایی که به محرکها پاسخ می دهند، مشکل وزن زیاد یا سرعت پاسخگویی پایین به محرکها وجود داشت.
ویژگیهای عضلات مصنوعی جدید
عضلات مصنوعی جدید، وزن فوق العاده سبکی دارد و می توانند خیلی سریع عمل کند.
اساس این تکنیک قرار گرفتن دو ماده با ضریب انبساط حرارتی متفاوت در کنار هم است. ( همانگونه که در ترموستاتهای حرارتی استفاده می شود)
فیبرهای جدید MIT دو پلیمر متفاوت هستند که به صورت یک رشته فیبر در کنار هم قرار گرفته اند.
محققان این طرح با استفاده از دو پلیمر متفاوت الاستومر بسیار کششی و یک پلی اتیلن بسیار سخت، فیبری تولید کرده اند که چندین برابر طول اولیه اش کشیده می شود. به صورت طبیعی به شکل یک سیم پیچ مشابه پیچکهای خیار است.
در حین تحقیق اولین بار به محض برخورد دست محققان با این فیبر، گرمای دست آنها باعث شد فیبر به شدت پیچ بخورد. آنها مشاهده کردند افزایش دما هر چند کم باعث می شود پیچش فیبر بیشتر گردد و نیروی کششی قویی ایجاد کند. با کاهش درجه حرارت فیبر به اندازه اصلی خود بر می گشت. در آزمایشات بعدی تیم تحقیق متوجه شدند این روند افزایش پیچش می تواند بیشتر از 10000 برابر شود.
فقط یک درجه افزایش دما برای شروع انقباض فیبر کافی است.
آزمایشها نشان می دهد یک فیبر به تنهایی این قابلیت را دارد که وزنی 650 برابر وزن خودش را بلند کند.
میزان سفتی فیبر هنگام گرم شدن، با تنظیم مقدار کشش اولیه فیبر قابل برنامه ریزی است.
.gif)
برای آزمایش مورد نظر، محققان فیبرها را با شبکه ای از نانو سیمهای رسانا پوشاندند. از این شبکه ها می توان به عنوان سنسور برای نشان دادن دقیق تنش آموخته شده یا بکار رفته در فیبر استفاده کرد. در آینده این فیبر ها می توانند المانهای گرمایی همچون فیبرهای نوری یا الکترودها باشند که به نوعی گرمایی اولیه را بدون داشتن منبع گرمایی خارجی برای فعال کردن انقباض عضلات مصنوعی تولید می کنند.
چنین فیبرهایی می توانند با توجه به وزن کمشان و سرعت پاسخگویی سریعی که دارند، در محرکهای بازوهای رباتیک، پاها یا گیره های رباتیک و پروتز اندامها استفاده شوند.
امروزه تعدادی از پروتز اندامها بیش از 14 کیلوگرم وزن دارند و اغلب پنوموتیک یا هیدرولیکی است. محرکهای سبک تر می توانند زندگی را برای کاربران این پروتزها بسیار آسانتر کنند.
به گفته محققان این طرح، این فیبرها در وسایل پزشکی که به رگها هدایت شده و در کسری از ثانیه فعال می شوند، به کار گرفته می شوند.
برای بلند کردن بارهای سنگین تر، فیبرها می توانند مانند فیبرهای عضلانی بدن با هم ترکیب شوند و نیروی کششی بزرگتری تولید کنند.
این گروه تحقیقاتی با موفقیت، ترکیب گروههای 100 تایی فیبر را آزموده اند. از طریق این سیستم، میتوان سنسورها را با الیاف ترکیب کرد تا در هنگامی که به عنوان پروتز از آنها استفاده می شوند، بازخورد آنها بررسی شود.
همچنین ترکیب فیبرها با یک سیستم بازخورد حلقه بسته، در سیستم های رباتیک اتوماتیک و قطعاتی که نیاز به کنترل دقیق دارند، قابل استفاده است.
پژوهشگران، قدرت این طرح را سادگیش می دانند و آزمایشهای مرتبط با آن را بی حد و مرز چراکه ترکیب هر دو ماده یک ضریب انبساط حرارتی جدید است.
