Попае направи спанак известен като зеленчук за изграждане на мускули. Но зеленчуците някой ден може да ви направят по-силни, без да сте ядени - когато учените ги използват за изграждане на нов клас изкуствени мускули. Тази седмица екип в Тайван представи златисти лукови клетки, които показват обещание за разширяване, свиване и огъване в различни посоки, подобно на истинската мускулна тъкан.
Свързано съдържание
- Този лук никога няма да ви разплаче
- Този робот има по-добри мускули от вас
Изкуствените мускули имат широк спектър от възможни приложения - от помощ на ранени хора до захранване на роботи и има много начини да се опитате да ги изградите. Миналата година например учените разработиха набор от изкуствени мускули от обикновена риболовна линия, която може да повдигне 100 пъти повече от човешките мускули със същия размер и тегло. Но все още не се е появил ясно превъзходен начин да направите фалшив мускул.
„Има изкуствени мускули, разработени с помощта на еластомери, сплави на паметта на формата, пиезоелектрични композити, йонно-проводими полимери и въглеродни нанотръби“, казва Вен-Пин Ших от Националния университет в Тайван в Тайпе. „Задвижващите механизми и функции са много разнообразни.“ Някои видове изкуствени мускули се задвижват от налягане, като например в пневматични системи, докато други създават движение чрез температурни промени или електрически ток.
Основно предизвикателство за производителите на изкуствени мускули е да създадат материалите си да се огъват и свиват едновременно, както правят реалните мускули. Когато някой огъне класическата поза „направи мускул“, например, бицепсите им свиват, но също така се огъват нагоре, за да повдигнат предмишницата. Ших и колегите му се опитваха да инжектират изкуствен мускул, който може едновременно да се огъва и свива по този начин и откриха, че структурата и размерите на луковата кожа са много подобни на микроструктурата, която имат предвид.
За да постави резкия зеленчук на изпитание, групата на Ших първо взе един слой епидермални клетки от пресен обелен лук и го измие чисто с вода. Тогава екипът замръзва сухия лук, за да отстрани водата, като оставя клетката му непокътната. Този процес превърна микроструктурата в твърда и чуплива, така че те обработиха лука с киселина, за да отстранят стягащия за клетките протеин, наречен хемицелулоза и да възстановят еластичността.
Слоевете лук са направени да се движат като мускули, като ги превръщат в електростатичен задвижващ механизъм. Това означаваше да ги покриете със златни електроди, които провеждат ток. Златото се нанася с две дебелини - 24 нанометра отгоре и 50 нанометра отдолу - за да създаде различни твърдост на огъване и да направи клетките гъвкави и разтегливи по реалистичен начин. Това се съчетава чудесно с естествената склонност на лук кожата да се огъва в различни посоки, когато е подложена на различни напрежения поради електростатично привличане.
Екипът направи мускулни "пинсети" от кожни клетки на лука. (Shih Lab, Национален университет в Тайван) По-ниските напрежения от 0 до 50 волта накараха клетките да се издължат и изравнят от първоначалната си извита структура, докато по-високите напрежения от 50 до 1000 волта накараха вегетативния мускул да се свие и да се огъне нагоре. Като контролират тези напрежения, за да променят мускулните движения, две от устройствата за лук бяха използвани като пинсети за захващане на малка памучна топка, Shih и колегите докладват тази седмица в писма за приложна физика .
Но този успех изискваше сравнително високо напрежение, което Ших нарича основният недостатък на концепцията до момента. Необходими са по-ниски напрежения за контрол на мускула с малки батерии или микропроцесорни компоненти, които биха били по-подходящи за захранване на импланти или части от роботи. „Ще трябва да разберем по-добре конфигурацията и механичните свойства на клетъчните стени, за да преодолеем това предизвикателство“, отбелязва той.
Клетките на лука осигуряват някои предимства пред предишните опити да се използват живи мускулни клетки за създаване на изкуствена тъкан, казва Ших. "Култивирането на клетки за образуване на парче мускулна тъкан за генериране на сила на дърпане все още е много предизвикателно", казва Ши. „Хората са се опитвали да използват живи мускули и преди. Но тогава как да поддържаме живите мускулни клетки се превръща в проблем. Ние използваме растителни клетки, тъй като клетъчните стени осигуряват мускулна сила независимо дали клетките са живи или не. "
Въпреки това, трайността е проблем: златното покритие помогна да се защитят мускулите на лука, но влагата все още може да проникне в техните клетъчни стени и да промени свойствата на материала. Ших има идея да се справи с този проблем, който скоро може да бъде поставен на изпитание. „Може да покрием изкуствения мускул на лука с много тънък флуориден слой“, казва той. „Това ще направи изкуствения мускул непромокаем за влагата, но няма да промени мекотата на устройството.“
