Onderzoekers van het Ulsan National Institute of Science and Technology in Zuid-Korea hebben een innovatieve magnetische samengestelde kunstmatige spier ontwikkeld. Vergeleken met traditionele kunstmatige spieren kan het nieuwe materiaal meer dan 1,000 keer zijn eigen gewicht weerstaan, en zal het naar verwachting krachtigere robotarmen naar robots, draagbare apparaten, enz. brengen. Het artikel is gepubliceerd in het nieuwe nummer van Natuurcommunicatie.
Flexibele kunstmatige spieren, die de soepele beweging van menselijke spieren nabootsen, zijn een populaire technologie geworden op veel gebieden, zoals robotica, wearables en biogeneeskunde. Traditionele kunstspieren zijn echter vaak niet stijf genoeg en veroorzaken ongewenste trillingen, waardoor het lastig is om zware voorwerpen op te tillen en een nauwkeurige controle te behouden.
Om dit knelpunt te overwinnen, combineerden de onderzoekers ferromagnetische deeltjes die een enorme magnetische kracht genereren met een vormgeheugenpolymeer gemaakt van een multifunctioneel stijf materiaal om een nieuwe zachte magnetische composietkunstspier te creëren met een aanzienlijk verbeterd draagvermogen en elasticiteit.
Volgens de onderzoekers wordt door een unieke oppervlaktebehandelingsmethode een complexe fysieke kluwen gevormd tussen de ferromagnetische deeltjes en het vormgeheugenpolymeer. Deze synergie verbetert niet alleen de mechanische eigenschappen van het composiet, maar zorgt er ook voor dat het snel kan reageren op externe magnetische velden.
Uit de testresultaten bleek dat de nieuwe kunstmatige spieren een buitengewoon aanpassingsvermogen vertoonden, met 2.700 keer meer stijfheid en ruim 8 keer meer flexibiliteit. Onder stijve omstandigheden is het bestand tegen trekspanningen tot 1,000 keer zijn eigen gewicht en 3.690 keer drukspanningen.
Om de effecten van externe trillingen te verzachten, gebruikten de onderzoekers ook een tweelaagse structuur, waarvan er één een hydrogel was. Door dit ontwerp kunnen de kunstspieren nauwkeurig worden aangestuurd tijdens snelle bediening.
Volgens de onderzoekers overtreffen de mechanische eigenschappen en flexibiliteit van deze nieuwe kunstspier die van bestaande kunstspieren. Met behulp van verschillende methoden, zoals laserverwarming en magnetische velden, kunnen ze op afstand kunstmatige spieren besturen om basisbewegingen uit te voeren zoals verlenging, samentrekking, flexie en draaien, maar ook complexere bewegingen zoals nauwkeurige manipulatie van objecten.