چاپ سه‌بعدی ماهیچه‌های مصنوعی با محرک‌های نرم

پژوهشگران سوئیسی موفق به توسعه یک روش نوین چاپ سه‌بعدی شده‌اند که می‌تواند تحولی در تولید محرک‌های نرم (Soft Actuators) ایجاد کند. این محرک‌های دی‌الکتریک الاستیک (DEA) از مواد سیلیکونی ساخته شده‌اند و از لایه‌های به‌هم‌پیوسته‌ای شامل الکترود‌های رسانا و دی‌الکتریک‌های غیررسانا تشکیل شده‌اند. این ساختار به محرک‌ها امکان می‌دهد که در اثر اعمال ولتاژ مانند یک ماهیچه منقبض شده و با قطع ولتاژ مجدداً به حالت اولیه بازگردند.

گامی به سوی ربات‌های مجهز به ماهیچه‌های مصنوعی

به گزارش اینترستینگ اینجیرینگ، یکی از چالش‌های اصلی در توسعه ماهیچه‌های مصنوعی ایجاد ساختاری است که بتواند عملکردی مشابه عضلات طبیعی داشته باشد. این ماهیچه‌ها باید قدرتمند، انعطاف‌پذیر و نرم باشند تا بتوانند در حوزه‌هایی مانند رباتیک، پروتز‌های پزشکی و فناوری‌های کمکی مورد استفاده قرار گیرند. در حال حاضر، اکثر محرک‌های سنتی که در موتور‌های خودروها، سیستم‌های صنعتی و تجهیزات خانگی به کار می‌روند، ساختاری سخت دارند و از انعطاف‌پذیری لازم برای تقلید حرکات طبیعی عضلات برخوردار نیستند.

پژوهشگران آزمایشگاه پلیمر‌های کاربردی (Functional Polymeric Materials) در مؤسسه فدرال علوم و فناوری مواد سوئیس (Empa) روشی جدید برای چاپ سه‌بعدی این محرک‌های نرم ارائه کرده‌اند. این روش با استفاده از دو نوع ماده سیلیکونی، یکی به‌عنوان الکترود رسانا و دیگری به‌عنوان دی‌الکتریک عایق، لایه‌هایی به‌هم‌پیوسته ایجاد می‌کند که توانایی انقباض و انبساط مشابه با عضلات را دارند.

چاپ سه‌بعدی محرک‌های نرم: چالش‌ها و پیشرفت‌ها

یکی از مشکلات اساسی در تولید این ساختارها، ایجاد تعادلی بین ویژگی‌های متناقض مواد مورد استفاده است. از یک سو، این مواد باید به اندازه کافی نرم باشند تا بتوانند با تحریک الکتریکی حرکت کنند و از سوی دیگر، باید استحکام کافی برای فرایند چاپ سه‌بعدی را داشته باشند، به این معنی که در حین چاپ باید مایع شده و از نازل خارج شوند، اما بلافاصله پس از خروج، ساختار خود را حفظ کنند.

محققان Empa با همکاری دانشگاه ETH زوریخ موفق به توسعه یک جوهر اختصاصی و نازل ویژه برای چاپ این محرک‌ها شده‌اند. این روش جدید به آنها امکان داده است که ماهیچه‌های مصنوعی کاربردی و انعطاف‌پذیر تولید کنند که می‌توانند در زمینه‌های مختلفی مورد استفاده قرار گیرند.

کاربرد‌های گسترده محرک‌های نرم در فناوری‌های نوین

یکی از پروژه‌های مرتبط با این تحقیق، پروژه Manufhaptics است که هدف آن ساخت یک دستکش واقعیت مجازی است که می‌تواند هنگام گرفتن اشیا، مقاومت ایجاد کند تا کاربر حس لمس اشیای مجازی را تجربه کند.

اما کاربرد‌های این محرک‌های نرم تنها به واقعیت مجازی محدود نمی‌شود. این محرک‌ها می‌توانند جایگزین محرک‌های سنتی در خودروها، ماشین‌آلات صنعتی و ربات‌ها شوند، چرا که نسبت به نمونه‌های موجود کوچک‌تر، بی‌صدا‌تر و انعطاف‌پذیرتر هستند. همچنین، این تکنولوژی می‌تواند در پزشکی، از جمله در ساخت پروتز‌ها و فناوری‌های کمکی مورد استفاده قرار گیرد.

به گفته دورینا اوپریس (Dorina Opris)، سرپرست گروه پژوهشی مواد پلیمری عملکردی در Empa، پژوهشگران در تلاش‌اند این محرک‌ها را نازک‌تر کنند تا به عملکرد الیاف عضلانی واقعی نزدیک‌تر شوند. او در بیانیه‌ای اعلام کرد که در آینده، امکان چاپ یک قلب کامل با استفاده از این الیاف ممکن است، هرچند هنوز چالش‌های زیادی در این مسیر باقی مانده است.

این پیشرفت‌ها گام مهمی در توسعه ماهیچه‌های مصنوعی طبیعی‌تر محسوب می‌شود و می‌تواند تأثیر قابل‌توجهی بر تکنولوژی‌های پوشیدنی، رباتیک و درمان‌های پزشکی داشته باشد.

انتهای پیام/