ساخت عضله مصنوعی با قابلیت تشخیص آسیب و ترمیم خودکار

تیمی از پژوهشگران دانشگاه نبراسکا موفق به توسعه نوعی عضله مصنوعی شده‌اند که علاوه بر شبیه‌سازی حرکت، آسیب‌ها را شناسایی و به‌ صورت خودکار ترمیم می‌کند.

به گزارش تک‌ناک، تشخیص آسیب و توانایی ترمیم از ویژگی‌های حیاتی موجودات زنده به حساب می‌آید، اما پیاده‌سازی آن در ربات‌ها همواره چالشی بزرگ برای مهندسان بوده است. به همین دلیل، محققان رویکرد شناخته‌شده‌ای به نام الهام‌گیری از طبیعت (Biomimicry) را انتخاب کرده‌اند.

به گفته تیم تحقیقاتی، عضله مصنوعی ارائه‌شده قادر است آسیب‌هایی مانند سوراخ‌شدگی یا فشار بیش از حد را شناسایی، محل دقیق آن را تعیین و به‌ صورت خودکار فرایند ترمیم را آغاز کند. این سامانه سه‌لایه‌ای برای نخستین بار در کنفرانس بین‌المللی IEEE در زمینه رباتیک و اتوماسیون در آتلانتا معرفی شده است.

این سامانه شامل سه لایه اصلی است:

• لایه پایینی: پوست الکترونیکی حاوی ریزقطرات فلز مایع در یک بستر سیلیکونی که نقش تشخیص آسیب را ایفا می‌کند.
• لایه میانی: از جنس یک الاستومر ترموپلاستیک سخت که عملکرد ترمیم‌کننده دارد.
• لایه بالایی: لایه‌ای فعال که همانند عضله منقبض و منبسط می‌شود و با تغییر فشار آب کنترل می‌گردد.

برای فعال‌سازی فرایند ترمیم خودکار عضله مصنوعی بدون نیاز به دخالت خارجی، سامانه از جریان‌های الکتریکی مختلفی بهره می‌برد، که از طریق یک شبکه رسانا در سطح پوست الکترونیکی جریان می‌یابد. در صورت بروز آسیب، اختلال در این شبکه تشخیص داده می‌شود و همان شبکه به‌ طور هوشمند، گرما را به محل آسیب منتقل می‌کند تا ماده ترموپلاستیک ذوب شود و شکاف‌ها را ببندد. پژوهشگران این فرایند را به‌درستی «ترمیم زخم» توصیف کرده‌اند.

اما اگر در همان نقطه، مجدد آسیبی رخ دهد چه باید کرد؟ محققان برای حل این مسئله، سیستمی را طراحی کرده‌اند که شبکه الکتریکی پوست را بازنشانی می‌کند. این تکنیک از پدیده‌ای به نام الکترومهاجرت (Electromigration) بهره می‌گیرد؛ فرایندی که در آن جریان الکتریکی باعث جابه‌جایی اتم‌های فلز می‌شود. این نوآوری امکان چندین چرخه ترمیم را فراهم می‌سازد و از اهمیت بالایی برخوردار است.

به دلیل موقعیت جغرافیایی تیم تحقیقاتی در ایالت نبراسکا، نخستین کاربردهای مورد نظر آنها مربوط به ربات‌های کشاورزی است، که در اثر برخورد با شاخه‌ها یا خارها آسیب می‌بینند. هرچند، این تیم پتانسیل استفاده از این فناوری را در تجهیزات پوشیدنی پزشکی و سایر ابزارهای الکترونیکی مصرفی، بسیار بالا ارزیابی کرده است.