Naukowcy tworzą sztuczny mięsień, który jest silniejszy niż ludzki

By Maya Davis

14 lipca 2022 - Naukowcy z UCLA i organizacji non-profit SRI International eksperymentują z mocnym, rozciągliwym polimerem, aby stworzyć sztuczny mięsień, który opisują jako silniejszy i bardziej elastyczny niż ludzki.

Polimery to naturalne lub syntetyczne substancje składające się z dużych cząsteczek i są budulcem wielu minerałów i materiałów stworzonych przez człowieka. W tym przypadku badacze wykorzystali polimery elektroaktywne, czyli takie, które zmieniają kształt lub rozmiar pod wpływem stymulacji prądem. Stały się one ulubieńcami świata inżynierii i są obecnie wykorzystywane w technologii od rybek-robotów po wycieraczki do kurzu.

Naukowcy z UCLA opracowali materiał mięśniowy z elastomerów dielektrycznych, rodzaju polimeru elektroaktywnego, i wprowadzili nowy proces budowy sztucznych mięśni, który, jak mają nadzieję, pewnego dnia znajdzie zastosowanie w miękkiej robotyce, a nawet w ludzkich implantach.

"Jesteśmy naprawdę podekscytowani tym nowym materiałem" - mówi dr Qibing Pei, autor badania i profesor UCLA w dziedzinie nauki i inżynierii materiałowej. "Przy swojej maksymalnej wydajności, ten sztuczny mięsień jest o wiele bardziej potężny niż ludzki mięsień".

Wyniki badań zespołu zostały opublikowane w tym miesiącu w Science.

Tworzenie super-mięśni

Po przeprowadzeniu testów, badacze wykazali, że materiał nie tylko mógł się rozszerzać i kurczyć jak ludzka przepona podczas oddychania, ale mógł również podrzucić piłkę wielkości grochu 20 razy cięższą od siebie. Syntetyczne mięśnie wyposażone w ten materiał były od 3 do 10 razy bardziej elastyczne niż mięśnie naturalne - czytamy w informacji o wynikach badań.

Aby stworzyć tę nadludzką, muskularną tkaninę, badacze wykorzystali popularny, ale nieelastyczny materiał na bazie akrylu i zastosowali proces utwardzania światłem UV, aby uzyskać materiał o wyższej wydajności. W rezultacie uzyskano 35-mikrometrową warstwę, tak cienką i lekką jak kawałek ludzkiego włosa, która jest następnie warstwowana do 50 razy, aby stworzyć sztuczny mięsień, wyjaśniają autorzy.

Sztuczny mięsień zużywa energię elektryczną, w przeciwieństwie do ludzkich mięśni, które do działania wykorzystują energię chemiczną z pożywienia.

"Ma to wiele zalet" - mówi Pei. "Jest łatwiejsze do kontrolowania i możemy aktywować i dezaktywować materiał z większą częstotliwością. W przypadku ludzkich mięśni mamy zazwyczaj niską wydajność przy wysokiej częstotliwości".

Hybrydowi ludzie

Badacze widzą przyszłość dla technologii w implantach medycznych i miękkiej robotyce. Co istotne, materiał może dodać "zmysł dotyku" do noszonych technologii biomedycznych i może pomóc tym, którzy nie mogą się uśmiechać lub mrugać ze względu na warunki zdrowotne, wyjaśnił Pei dla UPI.

"Myślę, że istnieje duży potencjał", powiedział. "To jest ten nowy materiał i myślę, że implikacja jest coraz bliżej rzeczywistości".