סיבים בננו יכולים להתחזות לשרירים אנושיים

Share on facebook
Share on twitter
Share on linkedin
Share on telegram
Share on whatsapp
Share on email
פרסומת
תכנון תשתיות רפואיות


חיקוי גוף האדם, במיוחד המפעילים השולטים בתנועת השרירים, הוא עניין עצום ברחבי העולם. בשנים האחרונות, זה הוביל לחידושים רבים לשיפור הרובוטיקה, גפיים תותבות ועוד, אך יצירת מפעילים אלו כרוכה בדרך כלל בתהליכים מורכבים, עם חומרים יקרים וקשה למצוא.

חוקרים מאוניברסיטת טקסס באוסטין ואוניברסיטת פן סטייט יצרו סוג חדש של סיבים שיכולים לפעול כמו מפעיל שרירים, במובנים רבים יותר מאשר אפשרויות אחרות הקיימות היום. והכי חשוב, הסיבים דמויי השריר האלה פשוטים להכנה ולמחזר.

במאמר חדש שפורסם ב טבע ננו, החוקרים הראו כי הסיבים הללו, שגילו בתחילה בזמן שעבדו על פרויקט אחר, יעילים יותר, גמישים ומסוגלים להתמודד עם מתח מוגבר בהשוואה למה שיש היום. ניתן להשתמש בסיבים אלו במגוון דרכים, כולל רפואה ורובוטיקה.

"אתה יכול בעצם לבנות איבר מהסיבים האלה ברובוט שמגיב לגירויים ומחזיר כוח, במקום להשתמש במנוע מכני כדי לעשות זאת, וזה טוב כי אז יהיה לו מגע רך יותר", אמר מאניש קומאר, מקורב. פרופסור במחלקה להנדסה אזרחית, אדריכלות וסביבתית בבית הספר להנדסה קוקרל ואחד הכותבים הראשיים של המאמר.

סוג זה של זרוע רובוטית יכול לשמש בשלד חיצוני מסייע כדי לעזור לאנשים עם זרועות חלשות להחזיר תנועה וכוח. יישום פוטנציאלי נוסף, אומרים החוקרים, יכול להיות מעין "תחבושת סגירה עצמית" שיכולה לשמש בהליכים כירורגיים ולהתפרק באופן טבעי בתוך הגוף ברגע שהפצע מתרפא.

"מפעילים הם כל חומר שישתנה או יעוות תחת כל גירויים חיצוניים, כמו חלקים של מכונה שיתכווצו, יתכופפו או יתרחבו", אמר רוברט היקי, עוזר פרופסור למדעי החומרים והנדסת החומרים בפן סטייט ומחבר מקביל במאמר. . "ובשביל טכנולוגיות כמו רובוטיקה, אנחנו צריכים לפתח גרסאות רכות וקלות משקל של החומרים האלה שיכולים בעצם לפעול כשירים מלאכותיים. העבודה שלנו היא בעצם מציאת דרך חדשה לעשות זאת".

חומר הסיבים ידוע כקו-פולימר בלוק. יצירתו דורשת רק הכנסת הפולימר לממס ולאחר מכן הוספת מים. חלק אחד של הפולימר הוא הידרופילי (נמשך למים), ואילו החלק השני הוא הידרופובי (עמיד למים). החלקים ההידרופוביים של הפולימר מתקבצים יחד כדי להגן על עצמם מהמים, ויוצרים את מבנה הסיבים.

סיבים קיימים דומים דורשים זרם חשמלי כדי לעורר את התגובות המחברים חלקים זה לזה. קשה יותר לבצע את ההצלבה הכימית הזו, בהשוואה לסיב החדש של החוקרים, שהוא תגובה מכנית, כלומר החלקים דואגים לרוב העבודה בעצמם. בונוס נוסף הוא שפשוט להפוך את התהליך ולהחזיר את חלקי הסיבים למצבם המקורי.

"קלות הכנת הסיבים הללו מהפולימר ויכולת המיחזור שלהם חשובים מאוד, וזה היבט שחלק גדול ממחקרי השרירים המלאכותיים המסובכים האחרים אינם מכסים", אמר קומאר.

החוקרים גילו שהסיבים שלהם יעילים יותר ב-75% במונחים של המרת אנרגיה לתנועה, מסוגלים להתמודד עם 80% יותר מתח ויכולים להסתובב עם יותר מהירות וכוח מאשר מפעילים הנוכחיים. והוא יכול להימתח ליותר מ-900% מאורכו לפני שהוא נשבר.

התגלית הגיעה בזמן שהחוקרים עבדו על משהו אחר. הם ניסו להשתמש בפולימרים האלה לייצור ממברנות לסינון מים. עם זאת, המבנים שהם יצרו היו ארוכים מדי עבור ממברנות. הם השתרעו עד פי חמישה מאורכם המקורי והחזיקו לאורך זה. החוקרים שמו לב שהמאפיינים הללו דומים לרקמת השריר, ולכן החליטו להעביר את המיקוד.

החוקרים נמצאים בשלב מוקדם של הפרויקט, ובהמשך הם מתכננים ללמוד יותר על השינויים המבניים של הפולימר ולשפר כמה מתכונות ההפעלה, כולל צפיפות אנרגיה ומהירות. הם גם עשויים להשתמש באותה טכניקת עיצוב כדי ליצור מפעילים המגיבים לגירויים שונים, כגון אור.

Venkat Ganesan, פרופסור במחלקה להנדסה כימית של McKetta ו-Rui Huang, פרופסור במחלקה להנדסת אווירונאוטיקה וחלל ומכניקה הנדסית, הם המהנדסים האחרים של טקסס בצוות. עוד בצוות מפן סטייט צ'או לאנג, אליזבת לויד, קלי מטושבסקי ויפאן שו. משרד חיל האוויר למחקר מדעי, הקרן הלאומית למדע ופן סטייט מימנו את המחקר.



קישור לכתבת המקור – 2022-06-03 22:33:42

Share on facebook
Facebook
Share on twitter
Twitter
Share on linkedin
LinkedIn
Share on telegram
Telegram
Share on whatsapp
WhatsApp
Share on email
Email
פרסומת
MAGNEZIX מגנזיקס

עוד מתחומי האתר