Humanoidní roboti by mohli zvednout 4000násobek své vlastní hmotnosti díky průlomovému „umělému svalu“
Vědci z Jižní Koreje vybudovali umělý sval, který dokáže zvednout přibližně 4000krát větší váhu, než je jeho vlastní hmotnost. Říkají, že to může být použito v budoucích humanoidních robotech.
Klíčovým průlomem v konstrukci svalu je jeho schopnost být flexibilní nebo napnutý, když je potřeba, což je v této oblasti výzkumu poprvé. Vědci nastínili svá zjištění ve studii zveřejněné 7. září v časopise Pokročilé funkční materiály.
Umělé svaly jsou často omezeny neschopností být flexibilní nebo napjaté; musí být roztažitelné a zároveň nabízet dostatečný energetický výkon, jinak je jejich pracovní hustota omezená. Věří se však, že měkké umělé svaly jsou transformační, protože jsou lehké, mechanicky poddajné a schopné vícesměrného ovládání (pohybu).
Když vědci říkají „hustota práce“, odkazují na to, kolik energie na jednotku objemu může sval dodat. Výzva pro umělé svaly spočívá v dosažení vysokých hodnot spolu s vysokou roztažností.
Zvedáš vůbec, robo?
Vědci popsali svůj umělý sval jako „vysoce výkonný magnetický kompozitní aktuátor“, což znamená, že jde o složitou chemickou kombinaci polymerů, které se vzájemně spojují, aby napodobovaly tah a uvolňování svalů.
Jeden z těchto polymerů může mít změněnou úroveň tuhosti a sedí v matrici, která má na povrchu magnetické mikročástice, které lze také ovládat. To umožňuje, aby byl sval animován a kontrolován prostřednictvím laditelné tuhosti, což umožňuje jeho pohyb.
Nový design výzkumníků integruje dva odlišné mechanismy křížového propojení. První je kovalentně vázaná chemická síť (dva nebo více atomů, které sdílejí elektrony pro dosažení stabilnější konfigurace) a reverzibilní, fyzikálně interagující síť. Tyto dva mechanismy, vyvinuté tímto způsobem, poskytují svalům dlouhodobou trvanlivost, uvedli vědci ve studii.
Kompromis mezi tuhostí a roztažitelností je efektivně řešen duální síťovací architekturou a fyzická síť je dále posílena začleněním typu mikročástice (NdFeB) na povrch svalu, které může být dána funkce prostřednictvím bezbarvé kapaliny (oktadecyltrichlorsilan). Částice jsou dispergovány v polymerní matrici.
Kompozitní sval ztuhne, když nese velké zatížení, a změkne, když se potřebuje stáhnout. Ve ztuhlém stavu umělý sval, který váží pouhých 0,04 unce (1,13 gramu), unese až 11 liber (5 kilogramů) – tedy zhruba 4400násobek své vlastní hmotnosti.
Lidský sval se stahuje při přibližně 40% napětí, ale syntetický sval dosahuje napětí 86,4% – více než dvojnásobek lidského svalu, uvedli vědci ve studii. To umožňuje pracovní hustotu 1 150 kilojoulů na metr krychlový – 30krát vyšší, než je schopna lidská tkáň.
Vědci použili jednoosý tahový test k měření síly jejich umělého svalu. Typ mechanického testu, který aplikuje tahovou sílu na subjekt, dokud se nezlomí – prodloužení se měří proti použité síle, aby se zjistila jeho konečná pevnost v tahu.
