Opracowano sztuczny mięsień, który może unieść ciężar 4000 razy większy od swojego własnego.

Zespół pod kierownictwem profesora inżynierii mechanicznej Hoon Eui Jeonga z Narodowego Instytutu Nauki i Technologii w Ulsan (UNIST) zaprojektował strukturę chemiczną, która może jednocześnie zapewnić równowagę między elastycznością i wytrzymałością.

„Te badania rozwiązują problem polegający na tym, że tradycyjne sztuczne mięśnie są albo zbyt elastyczne, ale słabe, albo zbyt silne, ale sztywne. Opracowany przez nas materiał kompozytowy spełnia oba te kryteria” – powiedział Jeong. Według naukowca, ta innowacja otwiera nowe możliwości dla miękkich robotów, urządzeń noszonych i interfejsów człowiek-maszyna.

Sztuczne mięśnie zazwyczaj nie mogą być jednocześnie elastyczne i silne, co ogranicza ich efektywność energetyczną. Jednak ten nowy system pokonuje tę przeszkodę, zapewniając wysoki współczynnik rozciągliwości i wysoką gęstość pracy.

W badaniu opublikowanym w czasopiśmie „Advanced Functional Materials” naukowcy opisują ten mięsień jako „wysokowydajny magnetyczny kompozytowy siłownik” i składa się on z połączonych ze sobą polimerów. Jeden z tych polimerów może zmieniać swoją sztywność, podczas gdy drugi oddziałuje z mikrocząsteczkami magnetycznymi na swojej powierzchni. Dzięki temu mięsień jest zarówno kontrolowany, jak i dynamiczny.

Naukowcy zastosowali podwójny mechanizm sieciowania, aby zwiększyć trwałość sztucznego mięśnia. Jeden z nich składa się z trwałych wiązań chemicznych, a drugi z sieci oddziaływań fizycznych. Mikrocząsteczki NdFeB na powierzchni są rozpraszane w materiale za pomocą specjalnego płynu (oktadecylotrichlorosilanu). Taka struktura usztywnia mięsień podczas przenoszenia dużych obciążeń i zmiękcza go, gdy zachodzi potrzeba skurczu.

Może podnieść ciężar cztery tysiące razy większy od swojego własnego.

Ważąc zaledwie 1,13 grama, ten sztuczny mięsień może unieść 5 kilogramów, czyli 4400 razy więcej niż jego własna masa. Podczas gdy ludzkie mięśnie kurczą się średnio tylko o 40 procent, ten syntetyczny mięsień osiąga współczynnik skurczu 86,4 procent. Ma również gęstość energetyczną 1150 kilodżuli na metr sześcienny – 30 razy większą niż pojemność ludzkiej tkanki.

Aby zmierzyć wytrzymałość mięśnia, zespół przeprowadził test rozciągania jednoosiowego, który polega na rozciąganiu mięśnia do punktu zerwania, by zmierzyć jego siłę i szybkość rozciągania.

Ta innowacja ma potencjał zrewolucjonizowania robotyki. Eksperci twierdzą, że tego typu „miękkie i silne” sztuczne mięśnie mogą umożliwić bardziej realistyczne ruchy przyszłych robotów humanoidalnych.