בנוף הדינמי של טכנולוגיה אינטליגנטית, סיבי שריר מלאכותיים (EAMFs) מתגלים כמקור כוח מהפכני לרובוטיקה מתקדמת ומכשירים לבישים. ידועים בתכונות המכניות יוצאות הדופן, גמישות האינטגרציה והרבגוניות הפונקציונלית שלהם, EAMFs הם בחזית החדשנות המתקדמת. מאמר סקירה שכותרתו לאחרונה "חידושים מתעוררים בסיבי שריר מלאכותיים המופעלים חשמליים", פורסם באינטרנט ב- סקירת המדע הלאומי (NSR).
פרק חדש בחומרים חכמים: מורפולוגיה של סיבים
חומרים בצורת סיבים הוכיחו יתרונות בולטים בתחום החומרים החכמים והמכשירים הפונקציונליים, והפכו למוקד של חדשנות מדעית. הכיוון המולקולרי הגבוה של סיבים מקנה להם חוזק מכני צירי משמעותי וקשיחות, ומניח בסיס מוצק ליישומים בעלי ביצועים גבוהים. טכניקות ייצור מתקדמות כגון ספינינג רטוב, ספינינג אלקטרו ותצהיר אדים כימיים מספקות תהליכים אמינים למכשירי סיבים הנדסיים. יתרה מכך, טכניקות אריגה רב-ממדיות בטקסטיל מודרני תומכות בשילוב ברמה גבוהה של סיבים פונקציונליים, המשרתים מבנים מורכבים ועיצובים רב-תכליתיים. ספציפית בתחום השרירים המלאכותיים, ההפעלה הסיבובית והניתנת להרחבה של סיבים מחקה תנועות שרירים ביולוגיות, ומציגה ביומימיקה יוצאת דופן עם פוטנציאל עצום ברובוטיקה רכה וטכנולוגיות חלוציות אחרות.
מנגנוני הפעלה: שלושה מנגנוני הנעה עיקריים
EAMFs משתמשים בשלושה מנגנוני נהיגה עיקריים, כל אחד עם המאפיינים וההתקדמות הייחודיים שלו. הפעלה תרמו-אלקטרית ממנפת את חימום הג'ול כדי להניע את ההתרחבות וההתכווצות של חומרים פעילים, עם מחקר משמעותי המוקדש לאופטימיזציה של חומרי בסיס תרמו מגיבים בפעילות גבוהה ואלקטרודות חימום חדשניות של ג'ול, כולל תערובות חומרים אקטיביים באלקטרודות, מבני ליבה-קליפה ומבני סיבים שזורים. הפעלה אלקטרוכימית כרוך בתנועה כיוונית של יונים מתחת לשדה חשמלי, מה שמוביל להתרחבות או התכווצות חומר. שיטה זו משתמשת בעיקר בפולימרים מוליכים וננו-חומרים, כאשר פולימרים מוליכים מאפשרים חילופי אלקטרונים ויונים מהירים באמצעות תגובות חיזור הפיכות, וננו-חומרי פחמן משפרים את מחזורי פריקת המטען בשל שטח הפנים הגבוה שלהם. חידושים בתחום זה מתמקדים בפיתוח חומרים חדשים מגיבים אלקטרוכימית ומנגנוני הזרקת יונים. הפעלה דיאלקטרית משיג תנועה באמצעות דפורמציה של אלסטומרים דיאלקטריים מתחת לשדה חשמלי מופעל, מה שגורם לחומר להידחס לאורך כיוון השדה ולהתרחב בניצב עקב הצטברות מטען. יחד, מנגנונים אלה ממחישים את האופי החזק והרב-תכליתי של EAMFs ביישומים שונים, מרובוטיקה רכה ועד לטכנולוגיה לבישה.
אתגרים והזדמנויות
בעוד שהמחקר הבסיסי ב-EAMFs התקדם באופן משמעותי, קנה המידה ליישומים רחבים יותר מציבה אתגרים רבים. אלה כוללים אופטימיזציה של מערכות ניהול תרמיות במנגנונים תרמו-אלקטריים ושיפור הביצועים של שרירים אלקטרוכימיים עם אלקטרוליטים במצב מוצק. הפעלה דיאלקטרית דורשת התקדמות בשיטות ייצור סיבים כדי להתגבר על האתגרים הטכניים הטמונים בה.
בעוד התמודדות עם אתגרים אלה היא חיונית, חשוב באותה מידה למנף את המאפיינים הייחודיים של סיבי שריר מלאכותיים שונים כדי להבטיח שהם מתאימים היטב ליישומים ספציפיים".
פרופסור Jiuke Mu
במבט קדימה, הפיתוח המהיר של אלקטרוניקה גמישה וטכנולוגיות אחסון אנרגיה יעילות יובילו ככל הנראה EAMFs לשימוש נרחב בתחומים לבישים מגיבים, רובוטיקה רכה ומכשירי שיקום רפואיים.
