Forskere udvikler holdbart materiale til fleksible kunstige muskler

Forskere fra UCLA og SRI International har udviklet et nyt materiale og en ny fremstillingsproces, som gør det muligt at skabe kunstige muskler, der er stærkere og mere fleksible end deres biologiske pendanter. Det fremgår af en artikel, der netop er blevet udgivet i det videnskabelige tidsskrift Science.

”At skabe en kunstig muskel, der gør det muligt at arbejde og registrere kraft og berøring, har været en af de store udfordringer inden for videnskab og ingeniørvidenskab,” siger Qibing Pei, der er professor i materialevidenskab og ingeniørvidenskab ved UCLA Samueli School of Engineering, og som også er forfatter til den netop publicerede artikel.

Læs også: Fremtidens teknologi vil ændre vores liv – her er alle de nye teknologier under udvikling

Løser problemer med nyudviklet materiale

Det er ikke helt ligetil at udvikle en kunstig muskel. For at noget anses for at være en kunstig muskel skal den kunne afgive mekanisk energi og forblive funktionsdygtig under forhold med høj belastning. Den skal altså ikke miste sin form og styrke efter gentagne arbejdscyklusser.

Hidtil har der inden for feltet været størst interesse for materialet DEAP-film, også kendt som silikonemuskel udviklet af Danfoss, til brug i kunstige muskler. Materialet kræver dog, at det strækkes ud i forvejen, og det mangler fleksibilitet.

Derfor udviklede forskerne fra UCLA og SRI International et akrylbaseret materiale, der er mere smidigt, justerbart og enklere at skalere uden at miste sin styrke og udholdenhed. I den forbedrede fremstillingsproces bruges kommercielt tilgængelige kemikalier og hærdning med ultraviolet lys. Forskerne gjorde også materialets elastomerer blødere og mere fleksible ved at justere tværbindingen mellem polymerkæderne.

Kraftigere end biologiske muskler – kan bruges i robotter

Resultatet er en tynd, højtydende film med en tykkelse på 35 mikrometer, som omkranser et lag af elektroder, der konverterer energi til bevægelse i form af en aktuator. Dermed fungerer filmen med elektroder imellem efter samme principper som muskelvæv. Faktisk kan de producere nok bevægelse til brug i små robotter og sensorer. Mulighederne er mange, da PHDE-filmen, som den nyudviklede film kaldes, kan komme i alt fra fire til 50 lag.

“Denne fleksible, alsidige og effektive aktuator kan åbne dørene for kunstige muskler i nye generationer af robotter eller i sensorer og wearable teknologi, der mere præcist kan efterligne eller endda forbedre menneskelignende bevægelser og evner,” siger Qibing Pei.

Ifølge forskerne kan kunstige muskler, der bruger PHDE-akturatorer, generere en kraft på flere megapascal end biologiske muskler. Og samtidig er de 3-10 gange mere fleksible end Moder jords pendanter. Den nye fremstillingsproces, som er en ’tør’ proces modsat den hidtidige, som har været en ’våd’ proces, gør det også muligt at skabe nye bløde aktuatorer, som kan bøje sig for at hoppe ligesom edderkoppeben eller snurre rundt og rotere. De kan også udvide sig og trække sig sammen som en membran, når spænding slås til og fra.

De mange egenskaber med den nye type film kan føre til bløde robotter med forbedret mobilitet og holdbarhed samt nye bærbare og haptiske teknologier med følesans.

Læs også: Nyheder om fremtidens teknologi