ماهیچه های مصنوعی تهیه شده از الیاف نساجی

ترجمه: آزاده موحد

به گزارش سرویس اطلاع رسانی نساجی امروز، محققان اخیرا از جدیدترین محصول خود را در این زمینه رونمایی کرده اند. این محصول ماهیچه مصنوعی غلاف دار یا SRAMs نام دارد.

در گذشته به روش تاب دادن نخ های تشکیل شده از نانولوله های کربنی، نخ های ماهیگیری پلیمری یا نخ های دوخت نایلونی ماهیچه مصنوعی تولید می کرد. محققان با تاب دادن این الیاف تا حد پیچ خوردن آن ها، ماهیچه هایی می ساختند که هنگام حرارت دهی به طرز چشمگیری در طول خود جمع یا تحریک می شد و با خنک شدن به طول اولیه خود بازمی گشت.

تیم تحقیقاتی برای شکل دهی ماهیچه های جدید از یک پوشش پلیمری برای تاب دادن نخ های نانولوله ای کربنی و همچنین نخ های نایلونی ارزان قیمت، نخ های ابریشم و بامبو استفاده و یک غلاف دور هسته نخ ایجاد کردند.

در این تحقیق نکته کلیدی برای ساخت ماهیچه تاب دادن نخ های پوشش دهی شده تا زمان پیچ خوردن آن هاست و این کار را باید تازمانی انجام داد که ماده اولیه غلاف همچنان خیس است چون اگر زمانی که غلاف خشک است تاب دهی را انجام دهیم، غلاف ترک می خورد.

بهینه سازی ضخامت غلاف نیز نکته بسیار مهمی است. اگر غلاف بیش از حد ضخیم باشد، امکان باز شدن تاب نخ تاب داده شده در هسته آن وجود ندارد چون غلاف آن را در محل خود ثابت نگه می دارد. اگر غلاف بیش از حد نازک هم باشد باز شدن تاب نخ باعث ترک خوردن غلاف می شود.

دکتر جیوک مو، سرپرست تیم تحقیقاتی و محقق در موسسه نانوتک اولین کسی بود که مفهوم ماهیچه مصنوعی غلاف دار را مطرح کرد. در این نوع از ماهیچه، غلاف بیرونی انرژی را جذب کرده و باعث ایجاد تحریک در ماهیچه می شود.

در ماهیچه های تابیده و پیچ خورده قبلی از انرژی حرارتی برای کل ماهیچه استفاده می شد اما تنها قسمت بیرونی و تاب خورده الیاف بود که کار مکانیکی انجام می داد و فعالیت قسمت مرکزی بسیار ناچیز بود.

با استفاده از غلاف در ماهیچه های جدید می توان با سرعت و کارایی بیشتری انرژی ورودی را به انرژی مکانیکی تبدیل کرد.

چرا زمانی که می توان با حرارت دهی قسمت بیرونی نخ آن را تحریک کرد کل نخ را حرارت دهی و انرژی بیشتری مصرف کنیم؟ در ماهیچه های جدید تنها باید انرژی مورد نیاز را به غلاف اعمال کرد.

برای تهیه غلاف از مواد اولیه متعددی می توان استفاده کرد با این شرط که از استحکام مناسب برخوردار باشند و در برابر تغییرات ابعادی ناشی از متغیرهای محیطی مختلف نظیر تغییرات دما و رطوبت مقاوم باشند.

قدرت انقباضی ماهیچه تشکیل شده از غلاف نانولوله کربنی و هسته نایلونی زمانی که تحت فرایند الکتروشیمیایی قرار می گیرد، 40 برابر ماهیچه انسان است.

در تحقیقات قبلی که توسط این گروه انجام شده بود، مشاهده شد که با استفاده از نخ های تهیه شده از نانولوله های کربنی می توان ماهیچه های مصنوعی فوق العاده ای تولید کرد. این نخ ها سبک و در عین حال در مقایسه با ماهیچه انسانی با طول و وزن مشابه، مستحکم تر و قوی تر هستند. مشکل اینجاست که نخ های تهیه شده از نانولوله های کربنی گران است. در نتیجه در تحقیق جدید روش متفاوتی پیش گرفته شد و مشاهده شد که ضمن این که می توان از نانولوله های کربنی به عنوان ماده اولیه مرکزی در ماهیچه های مصنوعی غلاف دار استفاده کرد، ضرورتی هم به استفاده از آن نیست. می توان نخ های ارزان تر و در دسترس را جایگزین نخ های تهیه شده از نانولوله های کربنی کرد.

فرایند پوشش دهی با پلیمر نیز به آسانی در مقیاس تجاری قابل اجراست.

از آن جایی که فناوری SRAM امکان جایگزینی نخ های نانولوله ای کربنی را با نخ های ارزان تر فراهم می کند، این ماهیچه ها برای استفاده در ساختارهای هوشمند نظیر رباتیک و لباس های هوشمند، جذابیت دارند.

محققان برای نشان دادن کاربردهای احتمالی ماهیچه های مصنوعی غلاف دار برای مصرف کنندگان، آن ها را با عملیات کشبافی درون یک منسوج قرار دادند و مشاهده کردند که هنگام قرار گیری در معرض رطوبت، تخلخل آن افزایش می یابد. آن ها همچنین نشان دادند که ماهیچه های تهیه شده از نخ نایلونی پوشش دهی شده با پلیمر با افزایش غلظت گلوکز به صورت خطی جمع می شوند.