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2026-01-25 03:36:00
驚くべき柔軟性にもかかわらず、今日の柔らかい人工筋肉は意味のある力を与えるのに苦労しています。このため、たとえ剛体モーターでは不可能な方法で曲げたり、伸ばしたり、ねじったりすることができるとしても、実際の機械での使用は制限されます。
これらは、狭い空間で動作するロボット、体に合わせて自然に動くウェアラブル システム、生体組織に十分優しい手術器具として期待されていますが、分子の柔らかさのため依然として弱いままです。
エンジニアがこのボトルネックを解決する方法の 1 つは、作業密度、つまりアクチュエータが単位体積あたりに供給できる機械エネルギーの量であり、立方メートルあたりのキロジュールで表されます。実際には、材料をそのサイズに対してどれだけ押したり、引いたり、持ち上げたりできるかを反映します。柔らかいポリマーは簡単に伸びますが、力はほとんど発生しません。一方、硬いポリマーは力は発生しますが、ほとんど動きません。
人工筋肉のパフォーマンスにおける重要な障壁を超える
何年もの間、主要な人工筋肉技術はすべて同じ壁にぶつかってきました。それは、大きく伸びるか、強い力を生み出すことはできますが、その両方はできないということです。誘電エラストマーは広範囲に伸びますが、高電圧が必要であり、弱いままです。カーボンナノチューブ糸は軽いのに浮きが少ない。液晶エラストマーは優雅に動きますが、エネルギーは控えめです。自然な筋肉であっても、適度な緊張と低い仕事密度しか組み合わされません。
今回、韓国の蔚山国立科学技術院の研究者らは、このパターンを打ち破った。同社の二重架橋磁性ポリマーアクチュエータは、1,150 kJ m-3 の仕事密度と 86.4% の作動ひずみを達成し、軟質人工筋肉の新しい性能ベンチマークを設定します。 ナノワーク 書きます。
この新しい素材は、極度の柔軟性と驚くべき強度を兼ね備えています。壊れる前に元の長さの 12 倍以上に伸びることができ、柔らかいゴムのような状態から硬いプラスチックのような状態に変化し、剛性が 1,000 倍以上変化します。この画期的な進歩は、同じポリマーをゴムとプラスチックの両方のように振る舞わせるスマートな分子設計から生まれました。マテリアルの内部では、2 種類のリンクがネットワークを保持しています。
新しいポリマーアクチュエータは、オンデマンドでエネルギーを貯蔵および放出します
このマテリアルが特に強力なのは、2 つの異なるモードで機能する機能です。約 99 °F 以上に加熱すると、ポリマーが軟化し、磁場によってポリマーが伸びたり、曲がったり、ねじれたりすることが可能になります。フィールドをオフにすると、フィールドが元に戻ります。約 80 °F 以下に冷却すると、新しい形状が所定の位置に固定され、エネルギーが蓄えられます。再加熱により蓄積されたエネルギーが解放され、アクチュエータが収縮して有用な仕事を実行します。
ロボットテストにより、このマテリアルが実際のマシンで動作できることがわかりました。柔らかい状態では、アクチュエータは物体を磁気的に掴みます。次に、集束レーザーで加熱して収縮させ、約 2.7 ～ 4.1 オンスの重量を持ち上げ、形状回復率は 39% ～ 52% に達しました。他のテクノロジーと比較すると、このアクチュエーターは、これまで誰も達成できなかった性能範囲で動作します。ヒドロゲルは 40% ～ 65% 伸びることができますが、立方フィートあたり約 11,800 フィートポンド未満に留まります。
#新しい磁性ポリマー設計によりソフトロボティクスの力と伸びが向上