Een team van onderzoekers in Zuid-Korea heeft een kunstmatige spier ontwikkeld die 4000 keer zijn eigen gewicht kan tillen, wat een aanzienlijke vooruitgang betekent in de robotica en de technologie van zachte materialen. De innovatie, beschreven in een studie gepubliceerd op 7 september in het tijdschrift Advanced Functional Materials, zou de weg kunnen vrijmaken voor veelzijdiger humanoïde robots, draagbare apparaten en intuïtieve mens-machine-interfaces.
De doorbraak ligt in het unieke vermogen van de spier om zowel flexibel als sterk te zijn; eigenschappen die lange tijd moeilijk te combineren waren in kunstmatige systemen. Eerdere kunstmatige spieren hadden vaak te maken met een afweging: ze waren óf zeer rekbaar maar zwak, óf sterk maar stijf. Dit nieuwe composietmateriaal overwint die beperking door twee verschillende verknopingsmechanismen en magnetische microdeeltjes te integreren, waardoor nauwkeurige controle over de stijfheid en beweging mogelijk is.
De kunstmatige spier, die slechts 1,13 gram weegt, kan tot 5 kilogram dragen – ongeveer 4.400 keer zijn eigen gewicht. Het bereikt ook een spanning van 86,4%, meer dan het dubbele van die van menselijke spieren, en een arbeidsdichtheid van 1.150 kilojoule per kubieke meter, 30 keer hoger dan menselijk weefsel. Deze capaciteiten zijn gemeten met behulp van een uniaxiale trekproef, die beoordeelt hoe materialen reageren op trekkrachten.
De dubbele verknopingsarchitectuur – die covalente chemische bindingen combineert met omkeerbare fysieke interacties – verbetert de duurzaamheid, terwijl magnetische microdeeltjes op het oppervlak kunnen worden gecontroleerd via een kleurloze vloeistof, waardoor dynamische aanpassingen in de stijfheid mogelijk zijn. Dankzij dit ontwerp kan de spier menselijke bewegingen nabootsen, terwijl de superieure kracht en het aanpassingsvermogen behouden blijven.
“Dit onderzoek overwint de fundamentele beperking waarbij traditionele kunstmatige spieren ofwel zeer rekbaar maar zwak of sterk maar stijf zijn”, legt hoofdonderzoeker Hoon Eui Jeong uit, hoogleraar werktuigbouwkunde aan het Ulsan National Institute of Science and Technology. “Ons composietmateriaal kan beide doen en opent de deur naar veelzijdigere zachte robots en draagbare apparaten.”
De implicaties van deze doorbraak reiken verder dan alleen robotica. Door meer intuïtieve mens-machine-interacties en aanpasbare draagbare technologie mogelijk te maken, zou de kunstmatige spier industrieën variërend van de gezondheidszorg tot de productie kunnen transformeren, waardoor we dichter bij een naadloze integratie tussen mens en machine komen.
Deze doorbraak betekent een grote sprong voorwaarts in de kunstmatige spiertechnologie, waarmee een al lang bestaande uitdaging op het gebied van de robotica wordt aangepakt. Door kracht en flexibiliteit in één enkel materiaal te combineren, hebben onderzoekers een veelzijdig hulpmiddel gecreëerd met toepassingen die veel verder gaan dan alleen gewichtheffen
