กล้ามเนื้อเทียมช่วยคนพิการ

อังคาร 29 มกราคม, 2013.- วิศวกรจากโรงเรียนแพรตต์แห่งวิศวกรรมที่มหาวิทยาลัยดุ๊ก (สหรัฐอเมริกา) ได้รวมเครือข่ายคาร์บอนความหนาของอะตอมกับโพลิเมอร์ (macromolecules ที่เกิดจากการรวมกันของโมเลกุลขนาดเล็กหรือโมโนเมอร์) เพื่อสร้าง วัสดุที่ไม่ซ้ำใครกับการใช้งานที่หลากหลายรวมถึงกล้ามเนื้อเทียม

เครือข่ายเหล่านี้เรียกว่ากราฟีนทำจากคาร์บอนบริสุทธิ์และมีลักษณะเป็นผ้าโลหะหากสังเกตภายใต้แว่นขยาย ด้วยคุณสมบัติทางแสงทางไฟฟ้าและทางกลที่เป็นเอกลักษณ์ทำให้กราฟีนถูกนำไปใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์การเก็บพลังงานคอมโพสิตและไบโอเมดิซีน

อย่างไรก็ตามการแบ่งคาร์บอนนี้เป็นเรื่องยากมากที่จะจัดการเพราะมันริ้วรอยได้อย่างง่ายดายซึ่งขึ้นอยู่กับสถานการณ์อาจเป็นลักษณะเชิงบวกหรือเชิงลบ โชคไม่ดีที่จนถึงขณะนี้นักวิทยาศาสตร์ไม่สามารถควบคุมรอยย่นและยืดของพื้นผิวกราฟีนขนาดใหญ่เพื่อใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติทั้งหมดรายงานแนวโน้ม 21

วิศวกรของมหาวิทยาลัย Duke, Xuanhe Zhao เปรียบเทียบแง่มุมของกราฟีนนี้กับความแตกต่างระหว่างกระดาษธรรมดาและกระดาษเปียกในคำแถลงที่รวบรวมในแถลงการณ์ของมหาวิทยาลัย Duke: "ถ้ากระดาษธรรมดามีรอยย่นคุณสามารถกลับไปที่ แผ่ได้ง่ายมากอย่างไรก็ตามแกรฟีนเป็นเหมือนเนื้อเยื่อเปียกมันบางมากและเหนียวและยากที่จะปรับใช้เมื่อมีรอยย่นเราได้พัฒนาวิธีการแก้ปัญหานี้และทำให้ควบคุมรอยย่นและ การยืดของภาพยนตร์ graphene ที่กว้างขวาง "

มันเป็นอย่างไร

สิ่งที่วิศวกรได้ทำคือการแนบกราฟีนกับฟิล์มยางที่ยืดออกมาหลายครั้งจากขนาดดั้งเดิม

เมื่อยืดออกไปแล้วส่วนหนึ่งของกราฟีนจะถูกแยกออกจากยางในขณะที่อีกส่วนหนึ่งยังคงยึดติดกับยางทำให้เกิดรูปแบบที่ยึดติดและยึดติดกันเพียงไม่กี่นาโนเมตร

เมื่อยางขยายตัวกราฟีนที่แยกออกมาจะถูกบีบอัดเพื่อลดเลือนริ้วรอย แต่เมื่อฟิล์มยางยืดตัวอีกครั้งแกรฟีนที่ติดอยู่ก็ผลักกราฟีนยู่ยี่ออกมาจนกระทั่งยืดออก “ ด้วยวิธีนี้การย่นและยืดของพื้นที่ขนาดใหญ่ของกราฟีนที่มีความหนาของอะตอมสามารถควบคุมได้โดยเพียงแค่ยืดและกระจายฟิล์มยางแม้ด้วยมือ” Zhao กล่าว ผลการศึกษาของพวกเขาได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Nature Materials

"วิธีการของเราเปิดทางให้มีการใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติของกราฟีนย่นและการทำงานของกราฟีนอย่างที่ไม่เคยเกิดขึ้นมาก่อน" Jianfeng Zang ผู้เขียนบทความคนแรกกล่าว "ตัวอย่างเช่นต้องขอบคุณระบบนี้ที่เราสามารถปรับแกรฟีนให้โปร่งใสหรือทึบแสงโดยการย่นมันแล้วปรับอีกครั้งโดยยืดมันออก" แซ็งกล่าวเสริม

กล้ามเนื้อควบคุมด้วยไฟฟ้า

ในทางตรงกันข้ามวิศวกรของ Duke ได้รวมกราฟีนเข้ากับฟิล์มโพลีเมอร์ชนิดต่าง ๆ เพื่อพัฒนาวัสดุที่สามารถทำหน้าที่เป็นเนื้อเยื่อกล้ามเนื้อเทียมทำสัญญาและขยายความต้องการได้

การเคลื่อนไหวเหล่านี้สามารถควบคุมด้วยไฟฟ้า เมื่อสิ่งนี้ถูกนำไปใช้กับกล้ามเนื้อกราฟีนก็จะขยายตัว เมื่อไฟฟ้าถูกลบออกกล้ามเนื้อจะผ่อนคลาย โดยการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกันระดับของการหดตัวหรือการผ่อนคลายสามารถถูกนำ Zang อธิบายว่าในความเป็นจริงการย่นและยืดของกราฟีนจะทำให้กล้ามเนื้อเทียมมีรูปร่างผิดปกติ

“ กล้ามเนื้อเทียมใหม่นี้จะมีประโยชน์สำหรับเทคโนโลยีที่หลากหลายตั้งแต่หุ่นยนต์ไปจนถึงการบริหารยาหรือการจับและการเก็บพลังงาน” Zhao กล่าว

“ โดยเฉพาะพวกเขาสัญญาว่าจะปรับปรุงคุณภาพชีวิตของผู้พิการหลายล้านคนอย่างมากซึ่งอาจมีอุปกรณ์เช่นขาเทียมน้ำหนักเบาผลกระทบของกล้ามเนื้อเทียมใหม่อาจคล้ายคลึงกับวัสดุ piezoelectric ในสังคมโลก”

ที่มา: