يمكن رؤية أحد خيارات العضلات الاصطناعية في الجزء العلوي من الصورة (أنبوبان). يرفعون إطار سيارة يزن 22 كجم. الصورة: معهد ماساتشوستس للتكنولوجياتدعي "العضلات" الاصطناعية أنها محركات آمنة وقوية للعديد من الأجهزة المختلفة: من الآلات التقليدية إلى الإلكترونيات وزرع الروبوتات. ولكن غالبًا ما يكون تصميم وإنتاج هذه "العضلات" معقدًا ومكلفًا للغاية ، مما يحد من استخدامها. طورت مجموعة من العلماء من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وجامعة هارفارد
تصميمًا بسيطًا للغاية لمحرك الأقراص المتوافق بيولوجيًا بتكلفة
أقل من دولار واحد ، في حين أنه قوي بما يكفي لمثل هذا الجهاز البدائي.
يمكن صنع محركات الأقراص من مواد مختلفة وأحجام مختلفة باستخدام تصميم منشور بأسلوب اوريغامي. إنهم يعملون في الهواء ، تحت الماء ، في فراغ.
يتضمن المفهوم الأساسي للجهاز الجديد فقط إطارًا قابلاً للانضغاط وقشرة خارجية ("جلد") وحشوًا ، يمكن أن يكون أي مادة سائلة ، مثل الهواء أو الماء.
أظهرت التجارب أن محركات الأقراص هذه يمكنها ضغط ما يصل إلى 10٪ من الطول الأقصى لها ، ويمكنها تحمل الأحمال التي تصل إلى 600 كيلو باسكال ، وتتجاوز الطاقة المحددة القصوى 2 كيلووات لكل كيلوغرام. هذا يتوافق تقريبًا مع أو حتى يتجاوز القوة المحددة للعضلات البشرية.
التصميم وعملية التصنيع وما ينتج عنها من محركات متعددة المستوياتيظهر عمل العضلات الاصطناعية ، وكذلك العملية الرخيصة لإنتاجها في الرسم التوضيحي أعلاه.
أسطورة(أ) محركات خطية مصغرة باستخدام هياكل متعرجة أو اوريغامي مصنوعة من البولي إيثركيتون (PEEK) كإطارات وفيلم PVC كـ "جلد". نظرًا لاستخدام المواد المتوافقة حيويًا ، فإن محركات الأقراص هذه مناسبة للاستخدام في الغرسات الطبية والإلكترونيات القابلة للارتداء. (ب) محرك كبير وقوي تم تجميعه على إطار متعرج مصنوع من لوحات طباعة النايلون. "الجلد" مصنوع من النايلون المطلي بالبولي يوريثين بالحرارة. ترتفع عجلة السيارة التي تزن 22 كجم إلى ارتفاع 20 سم في 30 ثانية (
فيديو ). (ج) مبدأ تشغيل محرك الأقراص. يحدث تقلص العضلات بشكل رئيسي بسبب قوة شد "الجلد". يتم إنشاء هذه القوة بفرق الضغط بين وسط السائل الداخلي والخارجي. تؤدي إزالة السوائل من المشغل إلى زيادة الضغط الداخلي مؤقتًا. (د) عملية الإنتاج. يمكن إنتاج محرك قياسي بسرعة في ثلاث خطوات بسيطة: إنشاء هيكل باستخدام أي من طرق الإنتاج المتنوعة ؛ تحضير "الجلد" ؛ ختم طبقة ضيقة للماء.
محركات متعرجة خطية مصنوعة بطرق مختلفة من مواد مختلفةيُظهر الجزء A محركًا رقيقًا شفافًا يرفع صفيحة أكريليك. هنا ، يتكون الإطار من صفائح بوليستر شفافة بسماكة 0.254 مم عن طريق القطع بالليزر والطي اليدوي. الجلد: فيلم PVC الشفاف (فينيل) بسماكة 0.102 مم. مادة السوائل: الهواء.
في الشكل ب ، يعمل المحرك الخطي الناعم جيدًا حتى عند قفله في صمولة معدنية. الإطار والجلد: مطاط سيليكون وبولي يوريثين حراري 0.24 مم. مادة السوائل: الهواء.
في الشكل C ، يذوب محرك قابل للذوبان في فراغ في الماء الساخن عند درجة حرارة حوالي 70 درجة مئوية في خمس دقائق. يتكون كل من الإطار والجلد من أسيتات البولي فينيل. مادة السوائل: الهواء.
أخيرًا ، يوضح الرسم التوضيحي الأخير أن القيادة بالماء بدلاً من الهواء كمادة سائلة على إطار فولاذي تعمل بنجاح تحت الماء ، على وجه الخصوص ، فإنها تنقل سمكة 3.5 سم.
يقول دكتور روب وود ، أحد المؤلفين الأربعة للعمل العلمي: "إن المحركات مثل العضلات الاصطناعية هي واحدة من أهم المهام بشكل عام في الهندسة". "لقد أنشأنا الآن محركات ذات خصائص مشابهة للعضلات الحقيقية ، لذا يمكنك تخيل تصنيع أي روبوت تقريبًا لأي مهمة تقريبًا."
نُشر المقال العلمي في 27 نوفمبر 2017 في مجلة
Proceedings of the National Academy of Sciences (doi: 10.1073 / pnas.1713450114،
pdf ).