Le MIT crée des fibres musculaires artificielles en nylon

Les muscles artificiels sont des matériaux qui peuvent se contracter et se contracter comme les fibres musculaires. Ils peuvent être utilisés dans de nombreux domaines: des composants robotiques aux industries automobile et aéronautique. Des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology ont déclaré qu'ils avaient développé le système le plus simple et le moins cher pour créer de tels «muscles».

Un composant clé à partir duquel les scientifiques du MIT ont fabriqué des fibres musculaires artificielles est une fibre de nylon peu coûteuse et répandue. Une nouvelle approche de l'utilisation de ce matériau est la formation et le chauffage des fibres d'une certaine manière.


Auparavant, les chercheurs ont développé le principe de l'utilisation de spirales torsadées de fils de nylon pour imiter le travail progressif des muscles. Ils ont montré que dans une taille et un poids spécifiques, ces appareils pouvaient se dilater et se contracter, stocker et libérer plus d'énergie que les muscles naturels. Mais répéter les mouvements de flexion des doigts et des membres d'une personne est une tâche plus difficile. Selon les chercheurs du MIT, avant eux, personne n'a été en mesure de résoudre ce problème simplement et à moindre coût.

Il existe des matériaux qui peuvent être utilisés pour reproduire des mouvements de flexion dans des dispositifs biomédicaux ou des écrans tactiles. Mais le plus souvent ces matériaux sont «exotiques» et chers, il est difficile de les produire. Par exemple, les nanotubes de carbone- matériau durable qui peut résister à plus d'un million de cycles de compression, mais qui est encore trop cher pour une utilisation généralisée. Les alliages à mémoire de forme fournissent une forte tension, mais ne supportent que 1000 cycles.

Le nouveau système utilise des matériaux bon marché et un processus de fabrication simple. Le nylon peut supporter un nombre suffisant de cycles grâce à la méthode de formation des fibres de nylon. Certains matériaux constitués de fibres polymères, dont le nylon, ont une propriété inhabituelle: lorsqu'ils sont chauffés, ils diminuent de longueur, mais augmentent de diamètre. Certains scientifiques ont utilisé cette propriété pour créer des dispositifs d'entraînement linéaire. Mais pour transformer des mouvements de translation linéaires en coudes, des dispositifs comme un bloc mécanique ou un tambour d'enroulement sont nécessaires. Cela ajoute de la complexité et augmente les coûts. L'équipe du MIT allait utiliser directement la puissance du mouvement sans pièces mécaniques supplémentaires.

Les entraînements linéaires en matériaux polymères ont un inconvénient majeur: le matériau doit être refroidi pour provoquer une contraction. La vitesse de refroidissement peut être un facteur limitant. Cependant, les scientifiques ont réalisé que cet inconvénient pourrait être un avantage. Le chauffage sélectif d'un côté de la fibre la fait se contracter plus rapidement que la chaleur n'atteint le côté opposé. Ainsi, le fil peut dévier sur le côté. Selon Ph.D. Seyed Mirvakili, l'auteur principal de l'étude, il était nécessaire d'obtenir une combinaison de deux propriétés: haute tension (tension de contraction) et faible conductivité thermique.

Pour que ce système fonctionne efficacement en tant que muscles artificiels, les sections transversales des fibres doivent être soigneusement traitées. Pour changer la section transversale de ronde à rectangulaire ou carrée, l'équipe a semblé les «aplatir». Ensuite, les scientifiques ont chauffé un côté, ce qui a provoqué la flexion de la fibre. Le changement de direction du chauffage a conduit au fait que la fibre effectuait des mouvements plus complexes. Lors d'essais en laboratoire, l'équipe a utilisé cette méthode de chauffage pour forcer les fibres à effectuer des mouvements circulaires et huit. Selon les scientifiques, les fibres peuvent se déplacer le long de voies plus complexes.

Comme source de chaleur, un élément chauffant résistif électrique, une réaction chimique ou un faisceau laser émis sur un fil convient. Dans certaines expériences, les chercheurs ont appliqué une peinture conductrice d'électricité spéciale sur les fibres et les ont maintenues en place avec des résines adhésives. Sous tension, seule la partie de la fibre enduite de peinture est chauffée. Lorsqu'elle est chauffée sur un côté, la fibre peut dévier sur le côté. Si vous le chauffez de l'opposé, le fil revient à sa position d'origine.

Des études ont montré que le matériau peut résister à au moins 100 000 cycles de flexion et peut se contracter et se détendre jusqu'à 17 fois par seconde. Selon Jan Hunter, l'un des auteurs de l'étude, de telles fibres conviennent à la production de vêtements, qui seront réduits afin de s'adapter aux contours du corps humain. Les fabricants pourraient alors réduire la plage de tailles, augmenter le confort et simplifier l'ajustement. À partir de fibres pliées, vous pouvez fabriquer des chaussures qui reposeront exactement sur le pied, et sa rigidité et sa forme seront régulées à chaque étape.

Le système peut être utilisé pour la production de cathéters à réglage automatique et d'autres dispositifs biomédicaux. À long terme, des systèmes mécaniques comme des panneaux externes pour voitures peuvent être créés. Les panneaux de fibres ajusteront leur forme aérodynamique pour s'adapter aux changements de vitesse et de vent. Ou ils peuvent être utilisés comme «systèmes de suivi» automatiques pour les panneaux solaires. Ils utiliseraient un excès de chaleur pour contrôler la direction des batteries vers le soleil.

Le travail scientifique a été publié dans la revue Advanced Materials le 23 novembre 2016
DOI: 10.1002 / adma.201604734

Source: https://habr.com/ru/post/fr399383/