ساخت الیاف گرافنی برای عضلات مصنوعی

به گزارش خبرگزاری صدا و سیما به نقل از ستاد فناوری نانو، محققان دانشگاه پنسیلوانیا، الیاف جدید را از ترکیب اکسید گرافن با پلیمر‌های انعطاف‌پذیر و رسانا ساخته‌اند که می‌تواند به قدرت مکانیکی، سختی و فعالیتی دست یابند که از عضلات موجودات زنده کم نداشته باشد.
این گروه تحقیقاتی ترکیبی از نانوذرات اکسید گرافن و پلی استایرن سولفونات را به صورت ترکیبی در آورند که در آن پلیمر انعطاف‌پذیر و رسانا بین نانوذرات تراز شده قرار می‌گیرد. علاوه بر این افزودن پلی اتیلن گلیکول (PEG)، کشش را بهبود می‌دهد، در حالی که احیا شیمیایی اکسید گرافن باعث افزایش هدایت الکتریکی می‌شود. سرانجام، این الیاف ترکیبی با نخ‌های نایلونی ترکیب شدند تا یک عملگر ترکیبی سلسله مراتبی با قابلیت‌های بهتر از عضلات زیستی معمولی ایجاد شود.
شو یانگ گفت: «بیشتر عملگر‌های نرم، مبتنی بر پاسخگویی به گرما، نور، pH و آب هستند؛ بنابراین سرعت فعال‌سازی کند است. ما به حل تضاد در عملکرد فعال‌سازی و محدودیت‌های متمایز محرک‌های نرم پرداختیم.»
عملگر‌های تحریک شده، مانند آن‌هایی که مبتنی بر ورق‌های حاوی نانولوله کربن (CNT) هستند، سریع پاسخ می‌دهند، اما این عملگر‌ها ساختار‌های شکننده و به تجهیزات تخصصی برای ساخت نیاز دارند.
یانگ توضیح می‌دهد: «ما لایه‌های اکسیدگرافن را به‌صورت فاز‌های منظم در آوریم و سپس آن‌ها را به صورت الیاف بافتیم. این نظم ساختاری در تعیین این که شکل الیاف به صورت زیگزاگی یا آجر و ملاتی باشد، نقش داد. این شکل در ارائه عملکرد مناسب عملگر نقش دارد. ما از طریق دافعه میان ورق‌های اکسیدگرافن احیا شده به فعال‌سازی سریع و قوی رسیدیم و همچنین توانستیم کارایی انرژی و چگالی توان و قابلیت برداشتن وزنه را در ساختار الیاف افزایش دهیم.»
این عملگر‌های ساخته شده از فیبر ترکیبی به سرعت پاسخ می‌دهند و به‌طور برگشت‌پذیر بیش از ده هزار چرخه را تحمل می‌کنند.
یانگ می‌گوید: «الیاف ما برای خم شدن خوب هستند، اما برای پیچاندن یا ایجاد گره مناسب نیستند. ما اکنون در حال بررسی هندسه و نحوه چیدمان‌های مختلف و همچنین ترکیبات دیگر برای بهبود خاصیت خم شدن و پیچاندن این ساختار‌ها هستیم.»