بعد از ۱۵ سال؛

ساخت عضلات مصنوعی با استفاده از نانولوله‌های کربنی دستکاری شده

محققان سرانجام بعد از ۱۵ سال با دستکاری نانولوله‌های کربنی توانستند عضلات مصنوعی بسازند که عملکرد بهتری نسبت به عضلات مصنوعی پیشین دارند.

کد خبر: ۹۱۱۷۷۷

پنجشنبه - ۲۳ بهمن ۱۳۹۹ / February 11, 2021

به گزارش گروه فناوری خبرگزاری دانشجو، محققان دانشگاه تگزاس با همکاری دانشمندانی از کره جنوبی، استرالیا و چین موفقیت به تولید عضلات مصنوعی شدند.

در این عضلات هنگامی که از نیروی حرارتی استفاده می‌شود، عضلات حرکت کرده و طول خود را منقبض می‌کنند و با خنک شدن به طول اولیه خود برمی‌گردند. با این حال، عضلات حرارتی محرک محدودیت‌هایی دارند.

نانولوله‌های کربنی که با فرآیند الکتروشیمیایی کار می‌کنند، گزینه‌ای مناسب برای پاسخگویی به تقاضای رو به افزایش برای عضلات مصنوعی قدرتمند، بزرگ و سریع بوده که برای طیف وسیعی از کاربرد‌ها مانند رباتیک، پمپ‌های حرارتی و لباس‌های تغییر شکل دهنده مناسب است.

دکتر ری بوگمن، مدیر موسسه نانوتک، در دانشگاه دالاس، می‌گوید: «عضلات حساس به محرک‌های الکتروشیمیایی گزینه امیدوارکننده‌ای هستند، زیرا بازده تبدیل انرژی آن‌ها توسط ترمودینامیک محدود نمی‌شود و می‌تواند حالت‌های انقباضی طولانی مدتی را حفظ کند در حالی که بار‌های سنگینی روی آن قرار داده شده است.»

نتایج این پروژه در مجله American Association of the Advanced Science به چاپ رسیده است. در این مقاله محققان جزئیات مربوط به ابداع یک نخ الکتروشیمیایی تک قطبی قدرتمند را تشریح کردند که با سرعت بیشتری منقبض می‌شود. این ویژگی مسائل مهمی که کاربرد‌های عضلات مصنوعی را محدود نموده، حل می‌کند.

در عضلات مصنوعی حاوی نخ CNT، وقتی ولتاژ بین الکترود شمارنده و عضلات اعمال می‌شود، باعث حرکت یون‌های الکترولیت به داخل عضله شده و عضله حرکت می‌کند.

با این حال، CNT‌ها نیز محدودیت‌هایی دارند؛ برای مثال، الکترولیت‌ها فقط در یک دامنه ولتاژ پایدار هستند. خارج از این محدوده‌های تعریف شده، الکترولیت‌ها ممکن است خراب شوند.

بوگمن توضیح می‌دهد که عضلات قبلی نمی‌توانستند از پایداری کامل الکترولیت‌ها استفاده کنند. علاوه‌بر این، توانایی عضله در ذخیره بار مورد نیاز برای تحریک به‌طور قابل توجهی با افزایش سرعت اسکن کاهش می‌یافت که باعث می‌شود میزان ایستایی عضله با افزایش نرخ تحریک، کاهش یابد.

برای حل مشکلات، محققان دریافتند که می‌توان سطح داخلی نانولوله‌های کربنی را با یک پلیمر یونی مناسب که حاوی گروه‌های عاملی دارای بار مثبت یا منفی است، پوشش داد.

کارشناسان توضیح می‌دهند که پوشش پلیمری در نخ‌های نانولوله‌های کربنی موجب می‌شود که عضلات مصنوعی در یک جهت منفرد در کل دامنه پایداری الکترولیت‌ها حرکت کند. این کار باعث سریع‌تر و قدرتمندتر شدن عضلات CNT می‌شود. محققان برای ثبت پتنت مربوط به این فناوری اقدام کرده‌اند.