Ingenieure vom MIT haben eine kostengünstige Möglichkeit geschaffen, Muskelfasern zu verbiegen. Diese künstlichen Muskeln sind in den letzten zehn Jahren zu einem Grundnahrungsmittel in der Robotik geworden, da die Robotik zu menschenähnlichen Körpern schreitet.
Das Team hat eine einfache und relativ kostengünstige Lösung in Nylonfasern gefunden. Das synthetische Material kann in dem neuen Verfahren von MIT geformt und erhitzt werden, detailliert in Erweiterte Materialien.
[Bild mit freundlicher Genehmigung von Felice Frankel und Seyed Mohammad Mirvalkili/MIT]
Lineare Muskelaktivität konnte leicht repliziert werden, da gedrehte Nylonfäden die Arbeit erledigten. Biegebewegungen, wie sie bei menschlichen Fingern vorkommen, erwiesen sich jedoch als größere Herausforderung.
Bestehende Strukturen, die zum Biegen in biomedizinischen Geräten verwendet werden, verwenden "exotische Materialien, um die Arbeit zu erledigen", bemerkte Doktorand Seyed Mirvakili. Kohlenstoff-Nanoröhrchengarne zum Beispiel bieten eine lange Lebensdauer für die Verwendung. Für eine marktfähige Verwendung sind sie jedoch wahnsinnig teuer.
Das neue Verfahren von MIT verwendet die Nylonfaser auf neue Weise und berücksichtigt dabei besondere Eigenschaften des Materials. Mirvakili stellte fest, dass die Fasern in der Länge schrumpfen, sich jedoch im Durchmesser ausdehnen. Das Team nutzte diese Schrumpfung für die Bewegung, ohne weitere Teile zu benötigen.
Das System nutzt auch Eigenschaften, die andere Forscher als einschränkend feststellen könnten. Mirvakili sagte, dass langsame Abkühlraten als negativer Faktor angesehen werden könnten, einen Faktor, den er zum Vorteil des Projekts gemacht hat. Er sagte, dass das selektive Erwärmen einer Seite dazu führt, dass sie sich schneller zusammenzieht alsdie Wärme kann die andere Seite durchdringen, wodurch die Faser verbogen wird.
"Sie benötigen eine Kombination dieser Eigenschaften" sagte er, „hohe Dehnung [der Zug der Schrumpfbewegung] und geringe Wärmeleitfähigkeit.“
Das Team verwendete Nylon-Angelschnur und komprimierte sie, um von rund zu einem Rechteck oder Quadrat zu wechseln. Sie erhitzten eine Seite, um die Faser in diese Richtung zu biegen. Die Heizrichtung konnte auch angepasst werden, sodass das Team Figur-Achter und Kreise.
Das Team hofft, dass diese Technologie zu medizinischen Geräten wie selbstjustierenden Kathetern beitragen könnte. Sie könnte sogar Tracking-Systeme auf Energiegeräten ermöglichen.
Geoffrey Spinks, Professor an der australischen University of Wollongong und ein Mann, der nichts mit der Studie zu tun hat, nannte sie „Roman“ und auch „elegant“.
"Das ist eine einfache Idee, die wirklich gut funktioniert", sagte er. "Die Materialien sind kostengünstig. Das Herstellungsverfahren ist einfach und vielseitig. Die Betätigungsmethode erfolgt durch einfache elektrische Eingabe. Die Biegebetätigungsleistung ist beeindruckend in Bezug aufBiegewinkel, erzeugte Kraft und Geschwindigkeit.“
Ein anderer Professor, der ebenfalls nichts mit dem Projekt zu tun hat, sagte, das Projekt sei ein Game-Changer.
"Man kann sich viele Anwendungen für diesen Aktuatortyp in der Medizin- und Instrumententechnik vorstellen", sagte Andrew Taberner, außerordentlicher Bioingenieur-Professor an der University of Auckland. "Ich gehe davon aus, dass diese Arbeit viel zitiert wird."
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