Tekercselt szénszálas mesterséges izmok a súlyuk 12600-szorosát képesek felemelni

A húzódzkodás egy olyan gyakorlat, ami arra az alapvető kérdésre ad választ, hogy egy ember izmai elég erősek e ahhoz, hogy a saját súlyát megemeljék.

Most az Illinois Egyetem kutatói által létrehozott mesterséges izmot még a legjobb atléták is megirigyelnék, mivel az a saját súlyának 12600-szorosát képes felemelni. A tanulmányukban leírják ennek a szuper erős szén szálakkal erősített feltekert sziloxán gumi szálak által alkotott mesterséges izmok kifejlesztését és működését.

Az izmok, amellett hogy képesek a saját súlyuk 12600-szorosának megemelésére, mechanikai feszültsége 60 MPa, szakítószilárdsága 25% és munkája 758 J/kg – ami 18-szor akkora mint a természetes izmok által végzett munka. Ezen felül a mesterséges izmok teljesítménye is rendkívül jó volt az igénybe vett feszültséghez viszonyítva – egy 0,4 mm átmérőjű izom képes volt 2,3 liter (fél gallon) vízen 35,5 mm-t emelni, mindössze 0,172 V/cm feszültséggel.

“Ezeknek az alacsony árú és könnyű súlyú mesterséges izmoknak rengeteg felhasználási területe lehet, olyan terülteken mint a robotika, protetika, ortopédia és az embert segítő berendezéseknél,” mondta Caterina Lamuta, a kutatócsapat egyik tagja.

A kutatók egy matematikai modellt is létrehoztak, ami megkönnyíti azoknak a dolgát, akik egy adott feladathoz szeretnének megfelelő mesterséges izmokat készíteni. Ezen felül pedig a modell jó összehasonlítási alapul szolgálhat majd a jövőben kifejlesztet hasonló technológiákhoz.

A mesterséges izmokat szén szálak és polidimetilsziloxán (PDMS) tekercsek alkotják. Az elkészítésük során a szén szálakat hexánnal hígított PDMS-be mártják, majd utána feltekerik őket egy egységes formát alakítva ki. A tekercselt izmok technológiája még relatíve újnak számít és eredetileg nejlont használtak az elkészítéséhez.

A csapat ezt a technológiát kihasználva a mára már könnyen elérhető nagyon erős és rendkívül könnyű szén szálakból egy új típusú mesterséges izmot hozott létre.

“Hogy felhasználjuk a szén szálakat, meg kellett értenünk a tekercselt izmok összehúzódásának mechanizmusát. Amint megvoltunk az elmélettel, rájöttünk, hogyan alakíthatjuk a szén szálakat ultra erős izmokká. Egyszerűen feltöltöttük a szén szál kócokat egy megfelelő szilikon gumival és a teljesítményük megnyerő volt, pontosan amilyet szerettünk volna,” mondta Sameh Tawfick, a kutatás vezetője.

A tanulmány megmutatja azt is, hogy az izmok összehúzódását a szilikon töltelék hőtágulása vagy oldóanyag elnyelése miatt bekövetkező méretnövekedés okozza. Ezt a tágulást feszültség, hő vagy oldószerek alkalmazásával is kiválthatják.

A kísérletükben a kutatók egyenáramú feszültséget kapcsoltak a tekercsek végére, ami az anyag felmelegítésével okoz összehúzódást és annak elvételével ismételt megnyúlást. A tekercs felső részét rögzítették, amíg az alsó részére különböző nehezékeket tettek. A kísérletek eredményét kamerával rögzítették.

Azonban készíthetők még ennél is erősebb mesterséges izmok? A kutatók elméleti munkájának köszönhetőre erre is fény derült. Az izmok erejét, amíg különböző fizikai határok is kötik, addig a legegyszerűbben változtatható tényező az izmoknál az úgynevezett vendég anyag – jelen esetben a szilikon – melynek tulajdonsága erősen befolyásolják az izmok működését. A kutatók elméleti modelljei ennek köszönhetően segítenek meghatározni, hogy milyen tulajdonságú anyagok kifejlesztésére lenne szükség a mesterséges izmok teljesítményének további javításához.

Forrás: iopscience.iop.org

Szerkesztő: arsratio

Oszd meg

Hozzászólás küldése

Az email címet nem tesszük közzé. A kötelező mezőket * karakterrel jelöljük.