MIT कृत्रिम नायलॉन मांसपेशी फाइबर बनाता है

कृत्रिम मांसपेशियां ऐसी सामग्रियां हैं जो मांसपेशियों के तंतुओं की तरह सिकुड़ और सिकुड़ सकती हैं। उनका उपयोग कई क्षेत्रों में किया जा सकता है: रोबोटिक्स घटकों से लेकर मोटर वाहन और विमानन उद्योगों तक। मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी के शोधकर्ताओं ने कहा कि उन्होंने ऐसी "मांसपेशियों" बनाने के लिए सबसे सरल और सबसे सस्ती प्रणाली विकसित की है।

एक प्रमुख घटक जिससे MIT के वैज्ञानिकों ने कृत्रिम मांसपेशी फाइबर बनाया, वह एक सस्ता और व्यापक नायलॉन फाइबर है। इस सामग्री के उपयोग के लिए एक नया दृष्टिकोण एक निश्चित तरीके से तंतुओं का गठन और हीटिंग है।


पहले, शोधकर्ताओं ने मांसपेशियों के प्रगतिशील काम की नकल करने के लिए नायलॉन धागे के मुड़ सर्पिल का उपयोग करने के सिद्धांत को विकसित किया। उन्होंने दिखाया कि एक विशिष्ट आकार और वजन में, ऐसे उपकरण प्राकृतिक मांसपेशियों की तुलना में अधिक ऊर्जा का विस्तार और अनुबंध, भंडारण और रिलीज कर सकते हैं। लेकिन किसी व्यक्ति की उंगलियों और अंगों की झुकने वाली गतिविधियों को दोहराना अधिक कठिन काम है। MIT के शोधकर्ताओं के अनुसार, उनसे पहले कोई भी इस समस्या को सरल और सस्ते में हल नहीं कर पाया है।

ऐसी सामग्रियां हैं जिनका उपयोग बायोमेडिकल डिवाइस या स्पर्श प्रदर्शित करने में झुकने वाले आंदोलनों को पुन: उत्पन्न करने के लिए किया जा सकता है। लेकिन सबसे अधिक बार ये सामग्रियां "विदेशी" और महंगी होती हैं, उन्हें उत्पादन करना मुश्किल होता है। उदाहरण के लिए, कार्बन नैनोट्यूब- टिकाऊ सामग्री जो एक मिलियन से अधिक संपीड़न चक्रों का सामना कर सकती है, लेकिन व्यापक उपयोग के लिए अभी भी बहुत महंगा है। आकार स्मृति मिश्र मजबूत तनाव प्रदान करते हैं, लेकिन केवल 1000 चक्रों का सामना करते हैं।

नई प्रणाली सस्ती सामग्री और एक सरल विनिर्माण प्रक्रिया का उपयोग करती है। नायलॉन फाइबर बनाने की विधि के कारण नायलॉन पर्याप्त संख्या में चक्रों का सामना कर सकता है। नायलॉन सहित पॉलिमर फाइबर से बने कुछ सामग्रियों में एक असामान्य गुण होता है: गर्म होने पर, वे लंबाई में कम हो जाते हैं, लेकिन व्यास में विस्तार करते हैं। कुछ वैज्ञानिकों ने इस संपत्ति का उपयोग रैखिक ड्राइव डिवाइस बनाने के लिए किया है। लेकिन रैखिक अनुवादकीय आंदोलनों को मोड़ने के लिए, यांत्रिक ब्लॉक या घुमावदार ड्रम जैसे उपकरणों की आवश्यकता होती है। यह जटिलता जोड़ता है और लागत बढ़ाता है। एमआईटी टीम अतिरिक्त यांत्रिक भागों के बिना सीधे आंदोलन की शक्ति का उपयोग करने जा रही थी।

बहुलक सामग्री से बने रैखिक ड्राइव में एक बड़ी खामी है: संकुचन का कारण बनने के लिए सामग्री को ठंडा किया जाना चाहिए। शीतलन की गति एक सीमित कारक हो सकती है। हालांकि, वैज्ञानिकों ने महसूस किया कि यह खामी एक फायदा हो सकता है। फाइबर के एक तरफ के चयनात्मक ताप से यह तेजी से सिकुड़ने का कारण बनता है, जबकि विपरीत दिशा में गर्मी पहुंचती है। इस प्रकार, धागा पक्ष में विचलन कर सकता है। अध्ययन के प्रमुख लेखक, पीएचडी सीय्यद मीरविली के अनुसार, दो गुणों के संयोजन को प्राप्त करना आवश्यक था: उच्च वोल्टेज (संकुचन तनाव) और कम तापीय चालकता।

इस प्रणाली को कृत्रिम मांसपेशियों के रूप में प्रभावी ढंग से काम करने के लिए, फाइबर क्रॉस-सेक्शन को सावधानीपूर्वक संसाधित किया जाना चाहिए। क्रॉस-सेक्शन को गोल से आयताकार या वर्ग में बदलने के लिए, टीम ने उन्हें "समतल" किया। फिर वैज्ञानिकों ने एक तरफ गर्म किया, जिससे फाइबर झुक गया। हीटिंग की दिशा में परिवर्तन ने इस तथ्य को जन्म दिया कि फाइबर ने अधिक जटिल आंदोलनों का प्रदर्शन किया। प्रयोगशाला परीक्षणों में, टीम ने इस हीटिंग विधि का उपयोग तंतुओं को वृत्ताकार गतियों और आठों को करने के लिए मजबूर करने के लिए किया। वैज्ञानिकों के अनुसार, फाइबर अधिक जटिल रास्तों के साथ आगे बढ़ सकते हैं।

एक गर्मी स्रोत के रूप में, एक विद्युत प्रतिरोधक हीटर, एक रासायनिक प्रतिक्रिया, या एक लेज़र बीम जो एक थ्रेड पर उत्सर्जित होता है, उपयुक्त है। कुछ प्रयोगों में, शोधकर्ताओं ने तंतुओं के लिए एक विशेष विद्युत प्रवाहकीय पेंट लगाया और उन्हें चिपकने वाले रेजिन के साथ रखा। वोल्टेज के तहत, पेंट के साथ लेपित फाइबर का केवल हिस्सा गरम किया गया था। जब एक तरफ गरम किया जाता है, तो फाइबर पक्ष में विचलन कर सकता है। यदि आप इसे विपरीत से गर्म करते हैं, तो धागा अपनी मूल स्थिति में लौट आता है।

अध्ययनों से पता चला है कि सामग्री कम से कम 100 हजार झुकने वाले चक्रों का सामना कर सकती है और प्रति सेकंड 17 बार तक अनुबंध और आराम कर सकती है। अध्ययन के लेखकों में से एक, जान हंटर के अनुसार, ऐसे फाइबर कपड़ों के उत्पादन के लिए उपयुक्त हैं, जो मानव शरीर के आकृति के अनुकूल होने के लिए कम हो जाएंगे। तब निर्माता आकार को कम कर सकते थे, आराम बढ़ा सकते थे और फिट को सरल बना सकते थे। झुकने वाले तंतुओं से आप जूते बना सकते हैं जो बिल्कुल पैर पर बैठेंगे, और इसकी कठोरता और आकार को प्रत्येक चरण के साथ विनियमित किया जाएगा।

सिस्टम का उपयोग स्व-ट्यूनिंग कैथेटर्स और अन्य बायोमेडिकल उपकरणों के उत्पादन के लिए किया जा सकता है। लंबे समय में, कारों के लिए बाहरी पैनल जैसे मैकेनिकल सिस्टम बनाए जा सकते हैं। फाइबर पैनल गति और हवा में परिवर्तन के अनुकूल होने के लिए उनके वायुगतिकीय आकार को समायोजित करेंगे। या उन्हें सौर पैनलों के लिए स्वचालित "ट्रैकिंग सिस्टम" के रूप में उपयोग किया जा सकता है। वे सूर्य की ओर बैटरी की दिशा को नियंत्रित करने के लिए अतिरिक्त गर्मी का उपयोग करेंगे।

वैज्ञानिक कार्य 23 नवंबर 2016 को
डीओआई: 10.1002 / adma.201604734 जर्नल में प्रकाशित किया गया था

Source: https://habr.com/ru/post/hi399383/