Forscher haben ein Material entwickelt, das so weich wie Haut ist, aber bemerkenswert stark. Ein Team der Ulsan National Institute of Science & Technology (UNIST) in Südkorea hat einen innovativen magnetischen Verbundkünstlichen Muskel entwickelt. Dieses neue Material kann seine Steifigkeit anpassen, von weich zu steif und umgekehrt. Interessanterweise zeigt der künstliche Muskel „die beeindruckende Fähigkeit, Lasten zu tragen, die mit denen von Autos vergleichbar sind.“ Darüber hinaus ist die Steifigkeit dieses Materials um das 2.700-fache höher als die herkömmlicher Materialien. Diese Technologie könnte Soft-Robotik und tragbare Technologie erheblich verbessern. Schematische Darstellung des Konzepts des monophasischen Verbundmuskels und seiner Multifunktionalität. Kredit: Nature Communications. Starke künstliche Muskeln. Weiche, menschenähnliche künstliche Muskeln sind für Robotik, tragbare Geräte und medizinische Geräte unverzichtbar. Während traditionelle weiche Materialien für sanfte Bewegungen geeignet sind, fehlt es ihnen an Stärke und Präzision. Insbesondere sind die vorhandenen Materialien zu starr, um schwere Lasten zu heben, und zu flexibel, um präzise Kontrolle zu gewährleisten. In dieser neuen Entwicklung haben Forscher unter der Leitung von Professor Hoon Eui Jeong vom Institut für Maschinenbau versucht, diese Probleme zu überwinden. Dazu verwendeten sie Materialien, die zwischen harten und weichen Zuständen wechseln können. Die Forscher kombinierten zwei Schlüsselmaterialien: ferromagnetische Partikel und Formgedächtnispolymere. Die ferromagnetischen Partikel reagieren auf magnetische Felder, was es ermöglicht, den Muskel aus der Ferne zu steuern. Sie tragen auch zur Stärke des Muskels bei. Auf der anderen Seite können diese Polymere ihre Form in Reaktion auf spezifische Reize ändern (wie Wärme oder Licht) und dann in ihre ursprüngliche Form zurückkehren. Dies ermöglicht es dem Muskel, hoch anpassungsfähig zu sein und seine Steifigkeit zu ändern. Durch die Kombination dieser beiden Materialien haben die Forscher einen neuen Typ künstlicher Muskeln geschaffen, der sowohl stark als auch flexibel ist. Unglaubliche Steifigkeit. Die Forscher verwendeten eine spezielle „Oberflächenbehandlung“, um die magnetischen Partikel mit dem Formgedächtnispolymere zu verbinden. Dadurch entstand eine starke Verbindung zwischen den beiden Materialien, die die Gesamtstärke und Leistung des künstlichen Muskels verbesserte. Darüber hinaus ermöglicht diese Verbindung dem Muskel, schnell und effizient auf magnetische Felder zu reagieren. Wenn ein magnetisches Feld angelegt wird, reagieren die magnetischen Partikel, was dazu führt, dass der Muskel seine Form ändert. Diese schnelle Reaktion ermöglicht präzise und kontrollierte Bewegungen. „Durch die Nutzung von Multi-Stimulationsmethoden, einschließlich Laserheizung und magnetischer Feldsteuerung, können wir grundlegende Bewegungen wie Verlängerung, Kontraktion, Biegung und Torsion sowie komplexere Aktionen wie das präzise Manipulieren von Objekten aus der Ferne ausführen“, erklärte Professor Jeong. Laut der Pressemitteilung sind diese Muskeln unglaublich anpassungsfähig und können ihre Steifigkeit um das 2.700-fache und ihre Weichheit um das beeindruckende achtfache ändern. Diese Materialien können beachtliche Zugkräfte von 1.000-mal ihrem Gewicht und Druckkräfte von 3.690-mal ihrem Gewicht bewältigen. Diese Muskeln sind Effizienz-Meister, die erstaunliche 90,9% der zugeführten Energie in nutzbare Arbeit umwandeln. Das Team arbeitete auch daran, die Vibrationen zu reduzieren. Das Material verfügt über ein innovatives Doppelschicht-Design mit einer vibrationsdämpfenden Hydrogelschicht. Dies ermöglicht eine beispiellose Kontrolle und reduziert sogar bei hoher Geschwindigkeit die Vibrationen des künstlichen Muskels. „Diese Forschung eröffnet Möglichkeiten für transformative Anwendungen in verschiedenen Sektoren, die von mechanischen Eigenschaften und Leistungen angetrieben werden, die die Grenzen vorhandener künstlicher Muskeln überschreiten“, schloss Jeong. Die Studie wurde in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlicht.
