بازوی چوبی این ربات از ماهیچه های پلاستیکی تغذیه می کند

توسط کریس استوکل واکر

پلیمری که هنگام گرم شدن تغییر شکل می دهد ، می تواند اجسام را 5 هزار برابر وزن خود بلند کند ، با کاربردهای بالقوه برای رباتیک.

پلیمرهای حافظه شکل بین حالت طبیعی خود ، که در آن مولکولها انعطاف پذیر و نامنظم هستند ، و حالت تغییر شکل یافته آنها ، که در آن مولکولها پس از کشیده شدن به زنجیر متصل می شوند ، می چرخند. هنگامی که پلیمر در حالت کشیده و تغییر شکل یافته است ، می توان آن را بدون استفاده از گرما یا نور ، کشش داد – حالت طبیعی خود را بازیابی کرد.

با این حال ، پلیمرهای حافظه با شکل سنتی مقدار زیادی از انرژی را در حین کشش ذخیره نمی کنند – این بدان معناست که آنها در حین کشش انرژی زیادی آزاد نمی کنند ، که استفاده آنها را برای کارهایی که شامل بلند کردن یا جابجایی اجسام است محدود می کند.

ژنان بائو از دانشگاه استنفورد و همکارانش اکنون یک پلیمر با حافظه شکل تولید کرده اند که مقدار قابل توجهی انرژی را ذخیره و آزاد می کند. پلیمر آنها دارای ستون فقرات پلی (پروپیلن گلیکول) است که به آن 4،4′-متیلن بیسفنیل اوره اضافه کرده اند.

وقتی کشیده می شوند ، زنجیره های پلیمری از نظر فیزیکی تراز می شوند و پیوندهای درون و بین مولکولی – که پیوندهای هیدروژنی نامیده می شوند – بین زنجیره ها شکل می گیرد. این ماده به حفظ شکل بسیار کشیده خود کمک می کند. سپس ، هنگامی که در دمای 70 درجه سانتی گراد گرم می شود ، پیوندهای هیدروژنی شکسته می شوند و مواد می توانند به شکل بدون کشش اولیه خود بازگردند و انرژی را از پیوندها در این فرآیند آزاد می کنند.

این الیاف بلند به پلیمر اجازه می دهد تا پنج برابر طول اولیه خود کشیده شود و تا 17.9 ژول انرژی در گرم در شکل کشیده خود ذخیره کند – شش برابر بیشتر پلیمرهای حافظه شکل دیگر. بائو می گوید: “می توان از آن برای بلند کردن وزن یا برای کمک یا تقویت بیشتر برای افرادی که ممکن است در راه رفتن مشکل داشته باشند استفاده کرد.”

برای نشان دادن کاربردهای بالقوه آن ، تیم مواد را به ماهیچه ای مصنوعی بین بازوی فوقانی و تحتانی مانکن چوبی تبدیل کرد. وقتی مفصل آرنج مانکن کشیده شد ، پلیمر نیز کشید. سپس با گرم کردن پلیمر ، دوباره منقبض می شود و باعث خم شدن مفصل آرنج می شود.

جاناتان ایتکن از دانشگاه شفیلد ، انگلستان می گوید: “خواص قابل اعتماد و استحکام بالا مواد ، راه جدیدی را برای طراحی مفاصل ارائه می دهد که قادر به وزن چند برابر مواد است.” با این حال ، Aitken در تعجب است که آیا درجه حرارت پلیمر باید گرم شود تا بتوان از آن برای استفاده استفاده کرد.

سپس بائو امیدوار است که خواص پلیمر را بررسی کند تا ببیند آیا مکانیسم مولکولی وجود دارد که می تواند به طور خود به خود در هنگام تغییر طبیعی درجه حرارت طولانی شود و منقبض شود.

مرجع مجله: ACS Central Science، DOI: 10.1021/acscentsci.1c00829