تخلق MIT ألياف عضلية من النايلون الصناعي
العضلات الاصطناعية هي مواد يمكن أن تنقبض وتتقلص مثل ألياف العضلات. يمكن استخدامها في العديد من المجالات: من مكونات الروبوتات إلى صناعة السيارات والطيران. وقال باحثون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا إنهم طوروا أبسط وأرخص نظام لخلق مثل هذه "العضلات".المكون الرئيسي الذي صنع منه علماء معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ألياف العضلات الاصطناعية هو ألياف نايلون غير مكلفة وواسعة الانتشار. نهج جديد لاستخدام هذه المواد هو تكوين وتسخين الألياف بطريقة معينة.في السابق ، طور الباحثون مبدأ استخدام اللوالب الملتوية لخيوط النايلون لتقليد العمل التدريجي للعضلات. أظهروا أنه في حجم ووزن معين ، يمكن لهذه الأجهزة أن تتوسع وتتقلص وتخزن وتطلق طاقة أكثر من العضلات الطبيعية. ولكن تكرار حركات الانحناء لأصابع وأطراف الشخص مهمة أكثر صعوبة. ووفقًا لباحثي معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، لم يكن أمامهم أحد قبل أن يتمكن من حل هذه المشكلة ببساطة وبتكلفة منخفضة.هناك مواد يمكن استخدامها لإعادة إنتاج حركات الانحناء في الأجهزة الطبية الحيوية أو شاشات اللمس. ولكن هذه المواد غالبًا ما تكون "غريبة" ومكلفة ، فمن الصعب إنتاجها. على سبيل المثال ، أنابيب الكربون النانوية- مادة متينة يمكنها تحمل أكثر من مليون دورة ضغط ، لكنها لا تزال باهظة الثمن للاستخدام على نطاق واسع. توفر سبائك ذاكرة الشكل توترًا قويًا ، ولكنها تتحمل 1000 دورة فقط.يستخدم النظام الجديد مواد رخيصة وعملية تصنيع بسيطة. يمكن أن يتحمل النايلون عددًا كافيًا من الدورات بسبب طريقة تكوين ألياف النايلون. بعض المواد المصنوعة من ألياف البوليمر ، بما في ذلك النايلون ، لها خاصية غير عادية: عند تسخينها ، تنخفض في الطول ، ولكنها تتوسع في القطر. استخدم بعض العلماء هذه الخاصية لإنشاء أجهزة محرك خطي. ولكن من أجل تحويل الحركات الانتقالية الخطية إلى انحناءات ، هناك حاجة إلى أجهزة مثل كتلة ميكانيكية أو أسطوانة متعرجة. هذا يضيف التعقيد ويزيد التكاليف. كان فريق MIT سيستخدم قوة الحركة المباشرة بدون أجزاء ميكانيكية إضافية.محركات الأقراص الخطية المصنوعة من مواد البوليمر لها عيب رئيسي واحد: يجب تبريد المواد للتسبب في الانكماش. قد تكون سرعة التبريد عاملاً محددًا. ومع ذلك ، أدرك العلماء أن هذا العيب يمكن أن يكون ميزة. يؤدي التسخين الانتقائي لجانب واحد من الألياف إلى تقلصه بشكل أسرع من الحرارة التي تصل إلى الجانب الآخر. وبالتالي ، قد ينحرف الخيط إلى الجانب. وفقا للدكتوراه سيد سيد ميرفاكيلي ، المؤلف الرئيسي للدراسة ، كان من الضروري تحقيق مزيج من خاصيتين: الجهد العالي (توتر الانكماش) والتوصيل الحراري المنخفض.لجعل هذا النظام يعمل بشكل فعال كعضلات اصطناعية ، يجب معالجة المقاطع العرضية للألياف بعناية. لتغيير المقطع العرضي من مستديرة إلى مستطيلة أو مربعة ، بدا الفريق "يسطحهم". ثم قام العلماء بتسخين جانب واحد ، مما تسبب في انثناء الألياف. أدى التغيير في اتجاه التدفئة إلى حقيقة أن الألياف قامت بحركات أكثر تعقيدًا. في الاختبارات المعملية ، استخدم الفريق طريقة التسخين هذه لإجبار الألياف على أداء حركات دائرية وثمانية. وفقًا للعلماء ، يمكن أن تتحرك الألياف على طول مسارات أكثر تعقيدًا.كمصدر للحرارة ، فإن سخان مقاوم كهربائي ، أو تفاعل كيميائي ، أو شعاع ليزر ينبعث على خيط مناسب. في بعض التجارب ، طبق الباحثون طلاءًا موصلاً للكهرباء خاصًا على الألياف وثبتها في مكانها مع الراتنجات اللاصقة. تحت الجهد الكهربائي ، تم تسخين جزء من الألياف المغلفة بالطلاء فقط. عند تسخينه على جانب واحد ، يمكن أن تنحرف الألياف إلى الجانب. إذا قمت بتسخينه من العكس ، فسيعود الخيط إلى موضعه الأصلي.أظهرت الدراسات أن المادة يمكن أن تتحمل ما لا يقل عن 100 ألف دورة انحناء ويمكن أن تنكمش وتسترخي حتى 17 مرة في الثانية. وفقًا لـ Jan Hunter ، أحد مؤلفي الدراسة ، فإن هذه الألياف مناسبة لإنتاج الملابس ، والتي سيتم تخفيضها من أجل التكيف مع ملامح جسم الإنسان. ثم يمكن للمصنعين تقليل نطاق الحجم ، وزيادة الراحة وتبسيط الملاءمة. من ألياف الانحناء ، يمكنك صنع الأحذية التي ستجلس بالضبط على القدم ، وسيتم تنظيم صلابة وشكلها مع كل خطوة.يمكن استخدام النظام لإنتاج القسطرة ذاتية الضبط والأجهزة الطبية الحيوية الأخرى. على المدى الطويل ، يمكن إنشاء أنظمة ميكانيكية مثل الألواح الخارجية للسيارات. ستقوم الألواح الليفية بتعديل شكلها الديناميكي الهوائي للتكيف مع التغيرات في السرعة والرياح. أو يمكن استخدامها كـ "أنظمة تتبع" تلقائية للألواح الشمسية. سيستخدمون الحرارة الزائدة للتحكم في اتجاه البطاريات نحو الشمس.نُشر العمل العلمي في مجلة Advanced Materials في 23 نوفمبر 2016DOI: 10.1002 / adma.201604734Source: https://habr.com/ru/post/ar399383/
All Articles