ساخت یک ماهیچه مصنوعی که می تواند خودش را ترمیم کند - خبر آزمون

ایده ماهیچه های مصنوعی ده ها سال پیش مطرح شد. محققان برای ساخته چنین ماهیچه ای ماده های مختلفی را از نانوتیوب ها گرفته تا سرامیک و آلیاژ های فلزی پیشنهاد داده اند. در سال 2000 دانشمندان یک پلمیر کشسان به نام الاستومر (elastomer) معرفی کردند که با اعمال ولتاژ برق می تواند تا سه برابر طولش کش بیاید . دوباره به حالت اولش بازشود. اما اگر این الاستومرها آسیب می دیدند، باید ترمیم می شدند. گروه دیگری از دانشمندان هم از الاستومر به عنوان ماده اولیه برای پلیمرهای خودترمیمی استفاده می کردند. این ماده ها می توانند، بریدگی ها و سوراخ ها را ترمیم نمایند و حتی لبه های بریده شده را به هم متصل نمایند. اما مشکل اینجاست که بیشتر این ماده ها ضعیف هستند و قابلیت کشسانی ندارند، به همین علت برای ماهیچه مصنوعی مناسب نیستند. تا به امروز هیچ کس ماهیچه مصنوعی که بتواند خودش را ترمیم کند، نساخته است.

اما حالا یک دانشمند مواد به نام ژنان بائو از دانشگاه استنفورد در ژورنال Nature Chemistry گروهی از الاستومرها را معرفی نموده که می توانند خودشان را ترمیم نمایند. این ماده از زنجیره های پلیمری دراز و در هم فرو رفته تشکیل شده است. این زنجیره های پلیمری محتوی سیلیکون، اکسیژن، نیتروژن و ترکیب اتم های کربن با نمک آهن است. این آهن با اتم های اکسیژن و نیتروژن در پلیمر پیوند شیمیایی برقرار می نماید و زنجیره های پلیمر را هم به خود و هم به یکدیگر متصل می نماید. این حلقه های اتصال مانع از حرکت زنجیره های پلیمری نمی شود، بنابراین این ماده می تواند کش بیاید، اما نه کاملا آزادانه. وقتی این ماده کاملا کش آمد و تغییر شکل یافت، حلقه اتصال به شکل اولیه شان بازمی گردند و خاصیت کشسانی و استحکام را به این ماده می دهند.

حالا می رسیم به قابلیت خودترمیمی این ماده. اگر در این ماده یک سوراخ ایجاد کنیم، اتم های آهن در یک سمت سوراخ به سمت اتم های اکسیژن و نیتروژن در سمت دیگر جذب می شوند و پیوندهای شیمیایی را دوباره برقرار می نمایند و ظرف 72 ساعت سوراخ بسته می شود. حتی وقتی محققان پلیمر را به دو تکه مجزا می برند، لبه های بریده شده تقریبا کامل به هم جوش می خورند، البته اگر در تماس با هم قرار گیرند. پس از اتصال، تقریبا کل استحکام ماده و 90 درصد خاصیت کشسانی آن حتی در دماهایی به میزان منفی 20 درجه سانتیگراد بازمی شود.

وقتی محققان به این پلیمر میدان الکتریکی اعمال کردند، طول این ماده به سرعت و به میزان 2 درصد افزایش یافت. وقتی میدان الکتریکی خاموش می شد، این ماده به میزان واقعی اش بازمی گشت.

یکی از نقاط ضعف این ماده این است که پس از اعمال میدان الکتریکی میزان آن خیلی کم تغییر کرد. با اینکه این ماده می تواند تا 45 برابر میزان اصلی اش کش بیاید و به حالت اول بازشود، اما در مقایسه با ماهیچه واقعی، تغییر میزان آن هنگام اعمال برق خیلی ناچیز است. این یعنی پاهای رباتیک نمی توانند به خوبی پاهای طبیعی خم شوند.

بائو شرح می دهد که هدف ما این نبود که برترین ماهیچه مصنوعی را بسازیم، بلکه می خواستیم قوانین جدیدی برای طراحی ماده های کشسان و خودترمیم تعریف کنیم. ماهیچه مصنوعی یکی از کاربردهای احتمالی ماده ما است. در حال حاضر، تیم بائو در کوشش هستند تا تاثیر میدان الکتریکی را افزایش دهند.

مارک اربن، یک دانشمند مواد از دانشگاه کارولینای جنوبی می گوید تحقیقات آنها واقعا جالب و باارزش است. او می گوید ما در نهایت می توانیم از ماهیچه های مصنوعی برای ساخت دست و پای مصنوعی استفاده کنیم. این دست و پای مصنوعی را می توانیم جایگزین اندام های از دست رفته افراد معلول کنیم یا اینکه این امکان را به ربات ها بدهیم که مثل یک انسان حرکت نمایند. او بعلاوه می گوید که این ماده می تواند کاربردهای دیگری هم داشته باشد. مثلا خاصیت خودترمیمی آن می تواند در فضا مفید باشد، چون گاهی اوقات تعمیرات در فضا بسیار سخت یا غیرممکن است.

منبع: Science Mag