Sztuczne mięśnie wydrukowane w 3D

Badacze EMPA dokonali znaczącego skoku w sztucznym rozwoju mięśni, wykorzystując druk 3D do tworzenia miękkich, elastycznych, ale potężnych siłowników.Te sztuczne mięśnie można pewnego dnia być używane w robotyce, zastosowaniach medycznych, a nawet urządzeniach wspomagających, przybliżając nas do przyszłości, w której ruch można kontrolować za dotknięciem przycisku.Ich ustalenia zostały niedawno opublikowane w Advanced Materials Technologies.

Sztuczne mięśnie są nie tylko dla robotów - mogą one zwiększyć mobilność człowieka, wspierać pracowników, a nawet zastąpić uszkodzoną tkankę mięśniową.Jednak odtworzenie unikalnej kombinacji mocy, elastyczności i miękkości występującej w mięśniach biologicznych pozostaje głównym wyzwaniem.


U ich rdzenia sztuczne mięśnie działają jako siłowniki - komponenty, które przekształcają impulsy elektryczne w ruch.Tradycyjne siłowniki, znalezione we wszystkim, od silników samochodowych po maszyny przemysłowe, są zwykle sztywne i mechaniczne, co czyni je bardzo różnymi od naturalnych mięśni.Laboratorium EMPA dla funkcjonalnych polimerów ma na celu wypełnienie tej luki poprzez opracowanie siłowników z materiałów miękkich przy użyciu innowacyjnego procesu drukowania 3D.

Ich dielektryczne sprężyste siłowniki (DEA) składają się z dwóch materiałów na bazie silikonowej-jednego przewodzącego i jednego niekondukcyjnego-wariowanego razem jak palce blokowane.Po zastosowaniu napięcia elektrycznego siłownik kurczy się jak prawdziwy mięsień, a następnie rozluźnia się po usunięciu napięcia.

Drukowanie tych konstrukcji jest złożone, ponieważ oba materiały muszą pozostać wyraźne, ale kompatybilne.Wyzwanie polega na zapewnieniu, że pozostają wystarczająco miękkie, aby reagować na bodźce elektryczne, jednocześnie zachowując integralność strukturalną.

EMPA, we współpracy z ETH Zurich, z powodzeniem opracowała wyspecjalizowane atramenty i niestandardową dyszę drukowania 3D w celu przezwyciężenia tych wyzwań.Ten przełom jest częścią projektu Manufhaptics, którego celem jest stworzenie rękawicy VR, która zapewnia dotykowe informacje zwrotne poprzez sztuczne mięśnie.

Poza VR te miękkie siłowniki mają szerszy potencjał w robotyce, maszyn, a nawet medycynie.Naukowcy uważają, że przy dalszym rozwoju mogą pewnego dnia wydrukować sztuczne włókna mięśniowe wystarczająco cienkie, aby funkcjonować jak prawdziwe - a nawet stworzyć całe sztuczne serce.Chociaż ta przyszłość jest wciąż odległa, praca Empa przybliża ją do rzeczywistości.