W Ulsan National Institute of Science and Technology udało się stworzyć coś, co na pierwszy rzut oka wygląda jak zwykły kawałek gumy, ale w określonych warunkach potrafi zmienić się w coś na kształt stali. Ten niepozorny materiał o wadze zaledwie 1,25 g jest w stanie unieść przedmiot ważący 5 kg. Dla porównania, to tak jakby zwykła gumka do mazania nagle zyskała siłę pozwalającą jej podnieść kilka pełnych butelek wody.
Czytaj też: Fourier GR-3 to pierwszy robot, którego przytulisz
Co ciekawe, koreańscy naukowcy rozwiązali problem, z którym borykali się inżynierowie od lat. Dotychczasowe sztuczne mięśnie musiały wybierać między elastycznością a siłą – albo były giętkie, ale słabe, albo mocne, ale sztywne. Teraz udało się połączyć obie te cechy w jednym materiale.
Sztuczny mięsień jest zdolny do niesamowitych rzeczy
Nowy wynalazek potrafi dynamicznie zmieniać swoje właściwości mechaniczne. W stanie miękkim rozciąga się aż 12 razy względem swojej początkowej długości, a po usztywnieniu zyskuje niezwykłą wytrzymałość. Sekret tkwi w tzw. podwójnie usieciowanej macierzy polimerowej, która wykorzystuje dwa rodzaje połączeń chemicznych. Jedne zapewniają wytrzymałość strukturalną, podczas gdy drugie, które można formować i zrywać za pomocą bodźców termicznych, odpowiadają za elastyczność.
Czytaj też: Walki robotów to nie bajki. W San Francisco ścierają się one w podziemnym kręgu
Dodatkowo w materiale umieszczono mikroskopijne cząsteczki magnetyczne z odpowiednio obrobioną powierzchnią. Dzięki temu ruchami mięśnia można precyzyjnie sterować za pomocą zewnętrznych pól magnetycznych, co przypomina nieco zdalne sterowanie, tylko w mikroskopijnej skali.
Parametry techniczne robią wrażenie. Podczas skurczu mięsień osiąga 86,4 proc. odkształcenia, co stanowi ponad dwukrotność typowych 40 proc. odkształcenia ludzkich mięśni. Jeszcze bardziej imponująca jest gęstość pracy wynosząca 1150 kJ/m3, czyli 30 razy więcej niż w przypadku tkanki ludzkiej. Osiągnięcie tak wysokich wartości przy zachowaniu dużej rozciągliwości stanowiło dotychczas nierozwiązywalne wyzwanie.
Tymczasem po drugiej stronie oceanu, w Massachusetts Institute of Technology, naukowcy pracują nad komplementarnym rozwiązaniem. Ich metoda polega na hodowli sztucznej tkanki mięśniowej, która może się zginać w wielu skoordynowanych kierunkach, naśladując ruch tęczówki ludzkiego oka. Wykorzystują technikę stemplowania, gdzie najpierw drukują w 3D stempel z mikroskopijnymi rowkami, odciskają go w hydrożelu, a następnie zasiewają rzeczywistymi komórkami mięśniowymi. Co ważne, stempel można wydrukować na standardowych drukarkach 3D, co czyni technologię stosunkowo dostępną.
Potencjalne zastosowania tych technologii są szerokie. Zaawansowane protezy mogłyby zyskać niespotykaną dotąd precyzję ruchu i siłę, dostosowując się do potrzeb użytkownika w czasie rzeczywistym. Zwinne roboty miękkie byłyby w stanie poruszać się w złożonych środowiskach, od wnętrza ludzkiego ciała po miejsca katastrof. Kolejną obiecującą dziedziną są urządzenia noszone – wyobraźmy sobie egzoszkielet, który normalnie jest miękki i elastyczny jak zwykła odzież, ale w razie potrzeby sztywnieje, wspierając użytkownika przy podnoszeniu ciężkich przedmiotów.