Umjetni mišić – od najlonske niti

Najlonska nit, ribički flaks, na koju su nanesena tri sloja polimera pretvara se, zahvaljujući nanotehnologiji, u nešto vrlo slično mišićnom vlaknu – vlaknu koje reagira na vanjski podražaj

Nenad Raos subota, 21. svibnja 2022. u 06:00

Je li tehnika pobjeda čovjeka nad silama prirode ili pak samo (loša) imitacija onoga što je ona, priroda, odavno postigla? Ili, da postavimo pitanje na drugi način, može li čovjekov razum biti jači od mudrosti prirode koja već 3,8 milijarde godina, koliko postoji život na Zemlji, stvara i usavršava milijune biljnih i životinjskih vrsta? „Leti, leti avion, brže od svake ptice“, učio sam davno u prvom razredu osnovne škole (nakon čega slijedi „Hrabri avijatičari brane naše granice“), no je li zrakoplov zaista u tehničkom smislu superioran ptici? Zrakoplov, prvo, treba nekoga, „hrabrog avijatičara“, da njima upravlja, a kada je riječ o krilu, je li njegovo krilo bolje od krila ptice? Zrakopolov ima nekoliko horizontalnih i vertikalnih kormila, neke (najnovije) letilice mogu mijenjati nagib krila – i to je sve. Nasuprot tome, ptičje krilo se može na tisuću načina prilagoditi strujanju zraka.

Odgovor zašto je krilo ptice prilagodljivije od krila zrakoplova leži u mišićnom vlaknu. Mišićno se vlako, istina, može nadomjestiti žicama i servo-motorima, može se umjesto mišića upotrijebiti hidraulika, ali to su tek loše imitacije onoga što daje priroda: dovoljno je usporediti pokrete jaružala s pokretima kopača. Ili, kako napraviti (hidraulikom?) nešto slično surli slona u kojoj se nalazi čak 40 tisuća mišića? No neće zauvijek biti tako.

To govorim zato jer se već dugo radi na umjetnim mišićnim vlaknima, mekim aktuatorima. Zamisao je jednostavna: treba napraviti nit koja bi se stezala i rastezala pri promjeni vanjskih uvjeta. Samo kakvih uvjeta?

Nakon mnogih više-manje uspješnih (ili manje-više neuspješnih) pokušaja, evo novog dostignuća: kineski i turski znanstvenici uspjeli su napraviti meki aktuator s radnim kapacitetom 3,5 kJ/kg – a to znači da pedeset puta nadmašuje prirodno mišićno vlakno. I dok se mišićno vlakno nadražuje električnim impulsom kojeg do njega vode živci, aktuator se nadražuje „bežično“ – radiofrekventnim (RF) magnetskim poljem.

Umjetni mišić, opisan u znanstvenom radu „Miniature coiled artificial muscle for wireless soft medical devices (Sićušni zavojiti umjetni mišić za bežične meke medicinske instrumente)“, objavljenom u časopisu Science Advances, izrađuje se sasvim jednostavno. Na najlonsku nit, ribički flaks, nanosi se silikonski elastomer u koji su umiješane nanočestice magnetita (Fe3O4) i grafenovog oksida (GO), nakon čega se nanosi još jedan sloj, zaštitni sloj istog polimera, polidimetilsiloksana (PDMS). Zatim se nit uzastopnim grijanjem i hlađenjem oblikuje u oprugu.

Kada se opruga stavi u radiofrekventno magnetsko polje, ona se zagrijava (magnetotermički efekt) pri čemu dolazi do njezine kontrakcije. Pri porastu temperature od 20 oC (isključeno RF polje) do 60 oC (uključeno magnetsko polje), udaljenost zavoja opruge smanjuje se za 0,08 mm (od 1,35 na 1,27 mm) pri čemu se stvara sila od 3,1 N. 

Umjetno mišićno vlako se razvija prije svega zbog njegove potencijalne upotrebe u medicini. Mnogi su dijelovi tijela kirurgu teško dostupni, pa bi mu zato dobro došao pomoćnik u obliku sićušnog robota. Takav robot su automatske škare, ne veće od šest milimetara, koje su autori spomenutog rada napravili radi demonstracije. U kućištu škara nalaze se pločice permanentnog magneta (NdFeB) pa se uređaj može pomicati po podlozi magnetom. Robotske škare režu dvjema staklenim oštricama.

To je međutim samo jedna od ne samo mogućih nego i iskušanih kirurških primjena umjetnog mišićnog vlakna. Autori u radu opisuju i uređaj za provlačenje kirurškog konca (šivanje rana), te robotska kliješta i bušilicu. Povezavši dvije nožice umjetnim mišićnim vlaknom napravili su robota koji korača.

Sve u svemu: sve i svašta se može napraviti služeći se zatezanjem opruge radiofrekventnim magnetskim poljem. Možda ćemo uskoro vidjeti i umjetne udove koji će pokretati mišići – ali ne prirodni nego najlonski (da druge polimere ne spominjem).

Nenad Raos je kemičar, doktor prirodnih znanosti i znanstveni savjetnik u trajnome zvanju, sada u mirovini. Autor je i koautor više od stotinu znanstvenih i stručnih radova iz područja bioanorganske i teorijske kemije, molekularnog modeliranja te povijesti kemije i komunikacijskih vještina u znanosti. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti. Sada piše za Čovjek i svemir te, naravno, Bug online. Sedam je godina bio glavni i tehnički urednik časopisa Priroda, a danas je glavni urednik mrežnih stranica Panopticum. Koautor je dva sveučilišna udžbenika i autor 13 znanstveno-popularnih knjiga. Nagrađen je Državnom godišnjom nagradom za promidžbu i popularizaciju znanosti 2003. godine.

📢 5 godina jamstva

TOP!

KINGSTON

PC memorija, vanjski SSD te USB memorija prepoznate kvalitete po vrhunskim cijenama.

Od 39 kn Kupi


2-smjerni kompaktni zvučnik

FOCAL Super Bird

Zidna montaža (okomito i vertikalno), mogućnost podnog stalka, ABS kučište, 55Hz – 25kHz, 8 ohma, 15 - 150W, 90dB.

1.599 kn 1.999 kn Kupi

3-smjerni stereo zvučnici

ACOUSTIC ENERGY AE320

28 mm aluminijski visokotonac, izvrsne karakteristike disperzije zahvaljujući tehnologiji široke disperzije, 35Hz - 30kHz, 90dB, 8ohma.

12.799 kn Kupi