MIT menciptakan serat otot nilon buatan

Otot artifisial adalah bahan yang dapat berkontraksi dan berkontraksi seperti serat otot. Mereka dapat digunakan di berbagai bidang: dari komponen robotika hingga industri otomotif dan penerbangan. Para peneliti di Massachusetts Institute of Technology mengatakan mereka telah mengembangkan sistem yang paling sederhana dan termurah untuk menciptakan "otot".

Komponen kunci dari mana ilmuwan MIT membuat serat otot buatan adalah serat nilon yang murah dan tersebar luas. Pendekatan baru untuk penggunaan bahan ini adalah pembentukan dan pemanasan serat dengan cara tertentu.


Sebelumnya, para peneliti mengembangkan prinsip menggunakan spiral benang nilon bengkok untuk meniru kerja progresif otot. Mereka menunjukkan bahwa dalam ukuran dan berat tertentu, perangkat seperti itu dapat mengembang dan berkontraksi, menyimpan, dan melepaskan lebih banyak energi daripada otot alami. Tetapi untuk mengulangi gerakan menekuk jari dan anggota tubuh seseorang adalah tugas yang lebih sulit. Menurut peneliti MIT, sebelum mereka tidak ada yang bisa menyelesaikan masalah ini dengan sederhana dan murah.

Ada bahan yang dapat digunakan untuk mereproduksi gerakan lentur dalam perangkat biomedis atau tampilan sentuhan. Tetapi paling sering bahan-bahan ini “eksotis” dan mahal, sulit untuk memproduksinya. Misalnya, karbon nanotube- bahan tahan lama yang dapat menahan lebih dari satu juta siklus kompresi, tetapi masih terlalu mahal untuk digunakan secara luas. Bentuk memori paduan memberikan ketegangan yang kuat, tetapi menahan hanya 1000 siklus.

Sistem baru menggunakan bahan murah dan proses pembuatan yang sederhana. Nylon dapat bertahan dalam jumlah siklus yang cukup karena metode pembentukan serat nilon. Beberapa bahan yang terbuat dari serat polimer, termasuk nilon, memiliki sifat yang tidak biasa: ketika dipanaskan, serat tersebut akan berkurang panjangnya, tetapi membesar dengan diameter. Beberapa ilmuwan telah menggunakan properti ini untuk membuat perangkat penggerak linier. Tetapi untuk mengubah gerakan translasi linier menjadi tikungan, diperlukan perangkat seperti blok mekanis atau drum berliku. Ini menambah kompleksitas dan meningkatkan biaya. Tim MIT akan menggunakan secara langsung kekuatan gerakan tanpa bagian mekanik tambahan.

Penggerak linear yang terbuat dari bahan polimer memiliki satu kelemahan utama: bahan tersebut harus didinginkan untuk menyebabkan kontraksi. Kecepatan pendinginan mungkin menjadi faktor pembatas. Namun, para ilmuwan menyadari bahwa kelemahan ini bisa menjadi keuntungan. Pemanasan selektif dari satu sisi serat menyebabkannya berkontraksi lebih cepat daripada panas mencapai sisi yang berlawanan. Dengan demikian, utas dapat menyimpang ke samping. Menurut Ph.D. Seyed Mirvakili, penulis utama studi ini, perlu untuk mencapai kombinasi dua sifat: tegangan tinggi (tegangan kontraksi) dan konduktivitas termal yang rendah.

Untuk membuat sistem ini bekerja secara efektif sebagai otot buatan, potongan melintang serat harus diproses dengan hati-hati. Untuk mengubah penampang dari bulat menjadi persegi panjang atau persegi, tim sepertinya "meratakan" mereka. Kemudian para ilmuwan memanaskan satu sisi, yang menyebabkan serat menekuk. Perubahan arah pemanasan menyebabkan fakta bahwa serat melakukan gerakan yang lebih kompleks. Dalam uji laboratorium, tim menggunakan metode pemanasan ini untuk memaksa serat melakukan gerakan melingkar dan delapan. Menurut para ilmuwan, serat dapat bergerak di jalur yang lebih kompleks.

Sebagai sumber panas, pemanas resistif listrik, reaksi kimia, atau sinar laser yang dipancarkan pada ulir cocok. Dalam beberapa percobaan, para peneliti menerapkan cat konduktif elektrik khusus pada serat dan menahannya dengan resin perekat. Di bawah tegangan, hanya bagian dari serat yang dilapisi dengan cat dipanaskan. Ketika dipanaskan di satu sisi, serat bisa menyimpang ke samping. Jika Anda memanaskannya dari kebalikannya, utas kembali ke posisi semula.

Penelitian telah menunjukkan bahwa material dapat menahan setidaknya 100 ribu siklus lentur dan dapat berkontraksi dan rileks hingga 17 kali per detik. Menurut Jan Hunter, salah satu penulis penelitian, serat tersebut cocok untuk produksi pakaian, yang akan dikurangi untuk beradaptasi dengan kontur tubuh manusia. Kemudian pabrikan dapat mengurangi kisaran ukuran, meningkatkan kenyamanan dan menyederhanakan pemasangan. Dari membengkokkan serat, Anda dapat membuat sepatu yang akan tepat berada di kaki, dan kekakuan serta bentuknya akan diatur pada setiap langkah.

Sistem ini dapat digunakan untuk produksi kateter self-tuning dan perangkat biomedis lainnya. Dalam jangka panjang, sistem mekanis seperti panel eksternal untuk mobil dapat dibuat. Panel serat akan menyesuaikan bentuk aerodinamisnya untuk beradaptasi dengan perubahan kecepatan dan angin. Atau mereka dapat digunakan sebagai "sistem pelacakan" otomatis untuk panel surya. Mereka akan menggunakan panas berlebih untuk mengontrol arah baterai menuju matahari.

Karya ilmiah ini diterbitkan dalam jurnal Advanced Materials pada 23 November 2016
DOI: 10.1002 / adma.201604734

Source: https://habr.com/ru/post/id399383/