حرکت نرم و کم‌مصرف عضلات رباتیک با کشفی جدید

به گزارش خبرنگار فناوری خبرگزاری علم و فناوری آنا، عملگر‌ها دستگاه‌هایی هستند که وظیفه تبدیل انرژی به حرکت فیزیکی (درست مانند ماهیچه‌های انسان) را بر عهده دارند و آن‌ها را به اجزای حیاتی در سیستم‌های مختلف از جمله سیستم‌های مکانیکی، الکتریکی و الکترومکانیکی تبدیل می‌کنند. با این حال، تاکنون، توسعه فعلی محرک ها، آن‌ها را با اکثر برنامه‌های مدرن به دلیل بازه زمانی کوتاه عملکردشان، ناسازگار کرده است.

اکنون، محققان دانشگاه ایتالیایی «Scuola Superiore Sant'Anna» در تلاش برای تغییر این شرایط هستند. نتایج می‌تواند برای همیشه انقلابی در نحوه استفاده از محرک‌ها ایجاد کند و به طور قابل توجهی صنایعی را که می‌توان از آن‌ها استفاده کرد، گسترش داد.

انقباضات مختصر عضلانی، محرک‌ها را محدود می‌کند

به طور سنتی، مهندسان از ساختار‌های چند ماده‌ای مانند پاکت‌های ساخته شده از نوار‌های پلاستیکی انعطاف پذیر که با پلاستیک‌های رسانا پوشانده شده و با روغن پر شده اند به عنوان روشی ساده برای توسعه محرک‌های نرم استفاده می‌کنند. این فرآیند مشابه یک عضله واقعی عمل و نوار پاکت را منقبض می‌کند و وقتی به صورت الکتریکی فعال شود، مایع جابه‌جا می‌شود.

از این شیوه می‌توان برای ایجاد سطوح لمسی، اپتیک قابل تغییر یا عضلات مصنوعی برای ربات‌ها استفاده کرد. با این وجود، این رویکرد دارای اشکالات جدی بود. استفاده از فعال سازی الکتریکی مداوم به انقباضات مختصر عضلانی محدود می‌شد که مانع مهمی برای استفاده در دنیای واقعی بود.

به همین دلیل است که محققان روش جدیدی را در نظر گرفته‌اند که امکان نظارت دقیق نیرو را در این دستگاه‌ها ممکن می‌سازد، عملکرد آن‌ها را به طور قابل توجهی بهبود می‌بخشد و دوره زمانی را که می‌توانند کار کنند، افزایش می‌دهد.

آن‌ها با انجام آزمایش‌هایی روی ترکیبات رایج مواد، یک نوار پلاستیکی را مورد بررسی قرار دادند که پیشتر برای تحقیقات روی عضلات مصنوعی زیست تخریب پذیر استفاده شده بود. این دانشمندان به محض آنکه متوجه شدند این ماده می‌تواند نیروی ثابتی را برای دوره‌های طولانی اختیاری حفظ کند، دریافتند که به کشف مهمی دست یافته‌اند.

آن‌ها با استفاده از ترکیبات این مواد شناسایی‌شده، انواع ماهیچه‌های مصنوعی، اپتیک‌های گرادیان متغیر و نمایشگر‌های لمسی را نیز ساخته و با موفقیت به کار برده‌اند.

اکنون، حوزه دستگاه‌های کمکی، ماشین‌های خودکار و ربات‌های متحرک برای اکتشافات زمینی، دریایی و فضایی می‌تواند به دلیل درک سازوکار‌های اساسی دخیل در محرک‌های نرم که توسط این مطالعه ایجاد شده‌اند، به طور قابل توجهی پیشرفت کنند.

به همین دلیل، این صنایع به دنبال راه حل‌های مقرون به صرفه و با کارایی بالا هستند که می‌توانند حداقل مصرف انرژی و اثرات منفی کمتری بر محیط زیست را برای اهداف پایداری تضمین کنند.

مجریان این پژوهش می‌گویند: زیبایی مدل ما در سادگی آن است و به محرک‌های موجود نیز محدود نمی‌شود. معتقدیم نتایج ما ابزاری ساده؛ اما قدرتمند برای طراحی و بررسی سیستم‌های جدید در اختیار جامعه علمی قرار می‌دهد.

تحقیقات این دانشمندان علاوه بر بهبود عملکرد این فناوری، امکان شناسایی ترکیبات موادی را فراهم می‌کند که می‌توانند مصرف انرژی را تا هزار برابر کاهش دهند.

نتایج این تحقیقات در نشریه Nature Electronics منتشر شده است.