Sarà fattibile un muscolo artificiale forte e a commutazione rapida?
Nel film d’azione americano “Pacific Rim”, robot giganti chiamati “Jaegers” combattono contro mostri sconosciuti per salvare l’umanità. Questi robot sono dotati di muscoli artificiali che imitano i veri corpi viventi e sconfiggono i mostri con potenza e velocità. Recentemente sono state condotte ricerche sull’equipaggiamento di veri robot con muscoli artificiali come quelli mostrati nel film. Tuttavia, la potente forza e l’alta velocità nei muscoli artificiali non possono essere attualizzate poiché la forza meccanica (forza) e la conduttività (velocità) dell’elettrolita polimerico – i materiali chiave che guidano l’attuatore – hanno caratteristiche contrastanti.
Un gruppo di ricerca POSTECH guidato dal professor Moon Jeong Park, dal professor Chang Yun Son e dal professor Rui-Yang Wang del Dipartimento di chimica ha sviluppato un nuovo concetto di elettrolita polimerico con diversi gruppi funzionali situati a una distanza di 2Å. Questo elettrolita polimerico è capace di interazioni sia ioniche che di legame idrogeno, aprendo così la possibilità di risolvere queste contraddizioni. I risultati di questo studio sono stati recentemente pubblicati sulla rivista accademica internazionale Advanced Materials.
I muscoli artificiali sono usati per far muovere i loro arti in modo naturale come fanno gli esseri umani. Per guidare questi muscoli artificiali, è necessario un attuatore che mostri una trasformazione meccanica in condizioni di bassa tensione. Tuttavia, a causa della natura dell’elettrolita polimerico utilizzato nell’attuatore, la forza e la velocità non possono essere raggiunte contemporaneamente perché l’aumento della forza muscolare rallenta la velocità di commutazione e l’aumento della velocità riduce la forza.
Per superare i limiti finora presentati, la ricerca ha introdotto il concetto innovativo di polimero bifunzionale. Formando un canale ionico unidimensionale largo diversi nanometri all’interno della matrice polimerica, che è dura come il vetro, è stato ottenuto un elettrolita polimerico superionico con elevata conduttività ionica e resistenza meccanica.
I risultati di questo studio hanno il potenziale per creare innovazioni nella robotica morbida e nella tecnologia indossabile in quanto possono essere applicati allo sviluppo di un muscolo artificiale senza precedenti che collega una batteria portatile (1,5 V), produce una commutazione rapida di diversi millisecondi (millesimi di secondo ), e grande forza. Inoltre, questi risultati dovrebbero essere applicati nei dispositivi elettrochimici a stato solido di prossima generazione e nelle batterie al litio metallico altamente stabili.
Questo studio è stato condotto con il supporto della Samsung Science and Technology Foundation.
