قال بيان صحفي لمجموعة من الباحثين في جامعة كاليفورنيا، إنهم طوروا مادة جديدة لبناء عضلات اصطناعية ذكية تعتبر أقوى وأكثر مرونة بـ 10 مرات من العضلات الطبيعية.
كان العلماء يرغبون في وضع تلك العضلات في الروبوتات، ما يمكّن من استخدامها لصنع وتطوير تقنيات جديدة من الروبوتات المرنة التي تمتاز بالاستشعار باللمس.
توجد العديد من المواد الناعمة المعروفة لعلماء المواد التي تمكّنهم من تطوير منتجات ذات قدرات مزدوجة، فهي تتمتع بالقوة الميكانيكية وفي الوقت نفسه قد تعمل في ظروف إجهاد عالية.
يمكن أن تفي فئة من المواد تُسمى المواد العازلة المرنة (DE) بمتطلبات المرونة والمتانة، وهي ليست خفيفة الوزن فحسب، بل تتمتع أيضًا بالكثافة والطاقة المرنة العالية، ويمكن صنع هذه المواد من المركبات الطبيعية أو الاصطناعية، وهي بوليمرات قد نغير حجمها أو شكلها عند تطبيق حقل كهربائي، وهذا يجعلها مواد مثالية لصنع المحركات، أي الآلات التي يمكنها تحويل الطاقة الكهربائية إلى عمل ميكانيكي.
ما التحسين المطلوب إذن؟
صُنّعت المواد العازلة المرنة حاليًا باستخدام إمّا الأكريليك أو السيليكون، وعلى الرغم من الفائدة التي تقدمها، فإنها تتضمن بعض العيوب. ويمكن أن تتعامل المواد المصنوعة من الأكريليك مع مستويات عالية من الإجهاد، ولكنها تفتقر إلى المرونة، ولذلك تحتاج إلى بعض الجهد لثنيها. من ناحية أخرى، يمكن صنع المواد العازلة المرنة من السيليكون بسهولة، ولكن لا يمكنها التعامل مع المستويات العالية من الإجهاد.
بالعمل مع المنظمة غير الربحية، SRI International (المعروفة سابقًا باسم معهد ستانفورد للأبحاث)، استخدم الفريق في جامعة كاليفورنيا المواد الكيميائية المتاحة تجاريًا وعالجوها بالأشعة فوق البنفسجية لتحسين المواد العازلة المرنة.
استطاع الباحثون تغيير الارتباط المتقاطع في سلاسل البوليمرات للمادة لجعل المواد العازلة المرنة أكثر ليونة ومرونة وأكثر قابلية للتوسّع دون فقدان القدرة على التحمل أو المتانة. وسمحت التغييرات في عملية التصنيع للباحثين بصنع أفلام رقيقة من هذه المواد التي يسمونها المواد العازلة المرنة القابلة للمعالجة (PHDE).
كيف تُستخدم المواد العازلة المرنة القابلة للمعالجة؟
تكون الشرائح الصغيرة من المواد العازلة المرنة القابلة للمعالجة نحيفة مثل شعر الإنسان وخفيفة مثل الضوء. ويساعد تقسيم هذه المواد طبقات الباحثين على صنع مشغلات مصغرة يمكنها العمل مثل أنسجة العضلات، وتنتج طاقة ميكانيكية كافية لتشغيل روبوت صغير.
قسِمت هذه المواد طبقات من قبل، ومع ذلك، فإن الطريقة المستخدمة لذلك تتطلب استخدام مادة صمغية سائلة يجب تركها لفترة من الوقت ومن ثم معالجتها. وقد تؤدي هذه العملية «الرطبة» إلى مشغلات ذات طبقات غير مستوية، ما يؤدي إلى أداء سيئ، ولهذا السبب فإن العضلات الاصطناعية التي كانت في الماضي ليست سوى طبقة واحدة.
عمل الباحثون في جامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس على هذا الجانب أيضًا وأجروا عملية جافة، فقسموا المادة العازلة المرنة القابلة للمعالجة طبقات باستخدام شفرة ثم عالجوها باستخدام الأشعة فوق البنفسجية. وسمحت تلك العملية البسيطة للباحثين بتصنيع المحركات التي تشبه أرجل العنكبوت التي يمكنها أن تنحني وتقفز، وحتى يمكنها الدوران.
ادعى البيان الصحفي أن هذه المشغلات الجديدة ربما تولّد قوة أكثر بعدة مرات من العضلات البيولوجية، وتتمتع بمرونة أكثر بـ 3-10 مرات من العضلات الطبيعية. وأظهر الباحثون في أحد العروض أن المحرك قد يرمي كرة أثقل بعشرين مرة من الكرات التي قد ترميها العضلات الطبيعية.
قال كايبينغ بي، أستاذ علم المواد والهندسة في جامعة كاليفورنيا: «يمكن هذا المشغل المرن والفعّال ومتعدد الاستخدامات أن يفتح الأبواب لتطوير العضلات الاصطناعية في أجيال جديدة من الروبوتات، أو في أجهزة الاستشعار والتكنولوجيا القابلة للارتداء التي ربما تحاكي أو تحسّن الحركة والقدرات البشرية».
اقرأ أيضًا:
باحثون من جامعة طوكيو يكسون جزءًا من روبوت بجلد بشري حي
اختراع شريحة فائقة الدقة لتوليد الكهرباء من السكر الموجود في الجسم
ترجمة: أحمد عضيم
تدقيق: هادية أحمد زكي
