Τεχνητοί μύες από πετονιά με υπερφυσικές δυνατότητες

Μία διεθνής ομάδα με επικεφαλής το Πανεπιστήμιο του Τέξας ανακάλυψε ότι η συνηθισμένη πετονιά και το νήμα ραπτικής μπορούν να μετατραπούν σε ισχυρούς τεχνητούς μύες, και μάλιστα οικονομικούς.



Οι νέοι μύες μπορούν να σηκώσουν 100 φορές περισσότερο βάρος και να δημιουργήσουν 100 φορές μεγαλύτερη μηχανική δύναμη σε σύγκριση με έναν ανθρώπινο μυ ιδίου βάρους και μήκους. Ανάλογα με το βάρος, μπορούν να παράγουν 7,1 ίππους ανά χιλιόγραμμο, περίπου την ίδια μηχανική ενέργεια με έναν κινητήρα τζετ.

Σε ένα έγγραφο που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Science, οι ερευνητές εξηγούν ότι οι ισχυροί μύες παράγονται από συστροφή και συσπείρωση πετονιάς υψηλής αντοχής και νημάτων για ράψιμο από πολυμερές. Επιστήμονες στο Alan G. MacDiarmid NanoTech Institute του Πανεπιστημίου του Τέξας στο Ντάλας ένωσαν τις δυνάμεις τους με επιστήμονες από τα πανεπιστήμια στην Αυστραλία, τη Νότια Κορέα, τον Καναδά, την Τουρκία και την Κίνα για να ολοκληρώσουν τις ανακαλύψεις.

Οι μύες κινούνται θερμικά από τις αλλαγές της θερμοκρασίας, οι οποίες μπορεί να επιτευχθούν ηλεκτρικά με την απορρόφηση του φωτός ή από χημικές αντιδράσεις καυσίμων. Η συστροφή της ίνας πολυμερούς τη μετατρέπει σε ένα στρεπτικό μυ ο οποίος μπορεί να περιστρέψει ένα βαρύ ρότορα με περισσότερες από 10.000 στροφές το λεπτό. Η μετέπειτα επιπρόσθετη συστροφή, έτσι ώστε η ίνα του πολυμερούς να συστραφεί όπως ένα λάστιχο πολλές φορές στριμμένο, δημιουργεί ένα μυ ο οποίος συστέλλεται πάρα πολύ κατά το μήκος του όταν θερμαίνεται και επιστρέφει στο αρχικό του μήκος όταν κρυώνει. Εάν η περιστροφή γίνει από την αντίθετη φορά από την αρχική συστροφή της ίνας του πολυμερούς, οι μύες αντίθετα διαστέλλονται όταν θερμαίνονται.

Σε σύγκριση με τους φυσικούς μύες οι οποίοι συστέλλονται κατά μόνο 20% περίπου, οι νέοι τεχνητοί μύες συστέλλονται περίπου κατά το 50% του μήκους τους. Οι μυϊκές κινήσεις επίσης, είναι αναστρέψιμες για εκατομμύρια κύκλους όπως οι φυσικοί μύες συστέλλονται και διαστέλλονται υπό την επίδραση ισχυρών μηχανικών φορτίων.

«Οι δυνατότητες εφαρμογής αυτών των μυών από πολυμερή είναι τεράστιες», σημείωσε ο συγγραφέας Dr. Ray Baughman, διακεκριμένος πρόεδρος του Χημικού του Πανεπιστημίου του Ντάλας και διευθυντής στο NanoTech Institute. «Σήμερα, τα πιο προηγμένα ανθρωποειδή ρομπότ, προσθετικά μέλη και εξωσκελετοί που μπορούν να φορεθούν, περιορίζονται από τους κινητήρες και τα υδραυλικά συστήματα των οποίων το μέγεθος και το βάρος περιορίζει την επιδεξιότητα, την παραγωγή δύναμης και την ικανότητα εργασίας».

Ο Baughman δήλωσε ότι οι μύες θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για εφαρμογές στις οποίες η υπεράνθρωπη δύναμη θα ήταν αναγκαία, όπως στα ρομπότ και σε εξωσκελετούς. Η συστροφή πολλών μαζί πολυαιθυλενικών πετονιών, των οποίων η συνολική διάμετρος είναι μόνο 10 φορές μεγαλύτερη από μία ανθρώπινη τρίχα, παράγει ένα συστραμμένο μυ από πολυμερές που μπορεί να σηκώσει 7,2 κιλά. Εάν τοποθετηθούν παράλληλα, όπως ακριβώς και οι κανονικοί μύες, μία εκατοστή από αυτούς τους τεχνητούς μύες θα μπορούσαν να σηκώσουν περίπου 0,8 τόνους, δήλωσε ο Baughman.

Από την άλλη, ανεξάρτητοι συστραμμένοι μύες από πολυμερή με διάμετρο μικρότερο της ανθρώπινης τρίχας θα μπορούσαν να προσδώσουν ανθρώπινου τύπου εκφράσεις σε ανθρωποειδή ρομπότ για ηλικιωμένους και επιδέξιες δυνατότητες για ρομποτική μικροχειρουργική με ελάχιστη επεμβατικότητα. Επίσης, θα μπορούσαν να δίνουν ενέργεια σε μικροσκοπικά «εργαστήρια-σε-τσιπ» όπως και σε συσκευές για την επικοινωνία αισθητήρων σε ρομποτικά «χέρια» που βρίσκονται σε απόσταση, με το ανθρώπινο χέρι.

Οι τεχνητοί μύες τροφοδοτούνται ηλεκτρικά με θερμότητα παραγόμενη από αντίσταση χρησιμοποιώντας τη μεταλλική επικάλυψη που υπάρχει σε νήματα ραπτικής που κυκλοφορούν ευρέως στην αγορά ή από μεταλλικά σύρματα που συστρέφονται μαζί με το μυ. Παρ’ όλα αυτά, οι μύες αυτοί μπορούν να τροφοδοτηθούν και από τις κλιματικές αλλαγές αν άλλες εφαρμογές το επιτάσσουν, δήλωσε ο Carter Haines, επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης.

«Έχουμε υφάσματα από τους μύες αυτούς των οποίων οι πόροι ανοίγουν και κλείνουν αναστρέψιμα, με τις αλλαγές της θερμοκρασίας. Αυτό προσφέρει τη μελλοντική δυνατότητα για δημιουργία ρούχων που ρυθμίζονται ως προς την άνεσή τους», δήλωσε ο Haines, ο οποίος ξεκίνησε την ερευνητική του σταδιοδρομία στο εργαστήριο του Baughman ως φοιτητής γυμνασίου κάνοντας την θερινή ερευνητική εργασία του μέσω του προγράμματος NanoExplorers, το οποίο και ξεκίνησε ο Baughman. Ο Haines έλαβε πτυχίο Φυσικής από το Πανεπιστήμιο του Ντάλας και τώρα είναι διδακτορικός φοιτητής στην επιστήμη των υλικών και της μηχανικής.

Η ερευνητική ομάδα έχει επίσης καταδείξει τη σκοπιμότητα της χρήσης περιβαλλοντικά τροφοδοτούμενων μυών ώστε να ανοιγοκλείνουν αυτόματα τα παράθυρα των θερμοκηπίων ή άλλων κτιρίων ανάλογα με τις μεταβολές της θερμοκρασίας περιβάλλοντος, εξαλείφοντας έτσι την ανάγκη για ηλεκτρική ενέργεια ή τους θορυβώδεις και δαπανηρούς κινητήρες.http://www.medicalmagazine.gr/

ΜΕΣΩ"Powerful artificial muscles made from fishing line and sewing

ΠΗΓΗBaughman RH et al. "Artificial muscles from fishing line and sewing thread", Science 2014 Feb 21;343(6173):868-72. doi: 10.1126/science.1246906