فیبرهایی که جایگزین عضلات می‌شوند

پژوهشگران "دانشگاه تگزاس در آستین" (UT Austin) و "دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا" (Penn State)، نوع جدیدی از فیبر را ابداع کرده‌اند که می‌تواند مانند یک محرک عضلانی عمل کند و از بسیاری جهات بهتر از سایر گزینه‌های موجود باشد. مهم‌تر از همه این که ساختن و بازیافت این فیبرهای شبیه به عضله، ساده است.این گروه پژوهشی در یک پروژه جدید نشان دادند که این فیبر در مقایسه با گزینه‌های موجود، کارآمدتر و انعطاف‌پذیرتر است و می‌تواند فشار بیشتری را تحمل کند. از این فیبر می‌توان در حوزه‌های گوناگونی از جمله پزشکی و رباتیک استفاده کرد. "مانیش کومار" (Manish Kumar)، از پژوهشگران این پروژه گفت: می‌توان به جای استفاده از موتور مکانیکی، اندامی را از این فیبرها ساخت که به محرک‌ها پاسخ می‌دهد و به بازیابی قدرت کمک می‌کند.

بازوی رباتیک ساخته‌شده از این فیبر را می‌توان در یک اسکلت بیرونی به کار برد تا کمکی برای افراد دارای بازوهای ضعیف باشد و به بازیابی حرکت و قدرت آنها کمک کند. به گفته پژوهشگران، یکی دیگر از کاربردهای بالقوه این فیبر می تواند ارائه نوعی بانداژ باشد که قابلیت بسته شدن خودکار دارد و می‌توان از آن در جراحی استفاده کرد. این بانداژ به طور طبیعی پس از بهبود زخم، در بدن از بین می‌رود.

"رابرت هیکی" (Robert Hickey)، از پژوهشگران این پروژه گفت: عملگرهای مکانیکی، موادی هستند که تحت تاثیر هر محرک بیرونی، تغییر شکل می‌دهند. از جمله آنها می‌توان به قطعاتی از یک دستگاه اشاره کرد که منقبض یا منبسط می‌شوند. برای فناوری‌هایی مانند فناوری‌های رباتیک، باید نسخه‌های نرم و سبک وزن این مواد را توسعه دهیم که می‌توانند مانند عضلات مصنوعی عمل کنند. کار ما در واقع یافتن روش جدیدی برای انجام دادن این کار است.

فیبرهای موجود برای تحریک واکنش‌هایی که قطعات را به یکدیگر متصل می‌کنند، به جریان الکتریکی نیاز دارند. این اتصال در مقایسه با اتصال فیبر جدید این گروه پژوهشی، دشوارتر است. این بدان معناست که در این فناوری جدید، بیشتر کار را خود قطعات انجام می‌دهند. یکی دیگر از مزایای مورد توجه این است که به راحتی می‌توان فرآیند را معکوس کرد و قطعات فیبر را به حالت اولیه خود بازگرداند.

کومار گفت: سهولت ساخت این فیبرها از پلیمر و قابلیت بازیافت آنها بسیار مهم است و این جنبه‌ای است که بسیاری از پژوهش‌های انجام‌شده در مورد عضلات مصنوعی، آن را پوشش نمی‌دهند.پژوهشگران دریافتند که فیبرهای آنها از نظر تبدیل انرژی به حرکت، تا ۷۵ درصد کارآمدتر هستند، می‌توانند تا ۸۰ درصد فشار بیشتری را تحمل کنند و با سرعت و نیروی بیشتری نسبت به محرک‌های موجود بچرخند.

این کشف زمانی اتفاق افتاد که پژوهشگران سعی داشتند از این پلیمرها در ساخت غشاهایی برای تصفیه آب استفاده کنند. ساختارهایی که آنها ابداع کردند، تا پنج برابر طول اولیه خود کشیده شدند و آن طول را حفظ کردند. پژوهشگران متوجه شدند که این ویژگی‌ها مشابه بافت عضلانی است؛ بنابراین تصمیم گرفتند تا مرکز توجه خود را تغییر دهند.

پژوهشگران هنوز در مراحل اولیه این پروژه هستند و در مرحله بعدی قصد دارند در مورد تغییرات ساختاری پلیمر بیشتر بیاموزند و برخی از خواص آن مانند میزان انرژی و سرعت را بهبود ببخشند. همچنین آنها ممکن است از همین روش برای ایجاد عملگرهای مکانیکی استفاده کنند که به محرک‌های گوناگون مانند نور پاسخ می‌دهند.
این پژوهش، در مجله "Nature Nano" به چاپ رسید.