پلیمر حافظه‌دار با انرژی بالا می‌تواند روزی به ربات‌ها در خم کردن عضلاتشان کمک کند
پلیمرهای حافظه‌دار شکلی، پس از کشش یا تغییر شکل، پس از اعمال گرما یا نور به شکل اولیه خود بازمی‌گردند.
این مواد نویدبخش کاربردهای زیادی برای رباتیک نرم، دستگاه‌های زیست‌پزشکی هوشمند و سازه‌های فضایی قابل استقرار هستند، اما تاکنون نتوانسته‌اند انرژی کافی را ذخیره کنند.
اکنون، محققانی که در ACS Central Science (“پلیمرهای حافظه‌دار شکلی با چگالی انرژی بالا با استفاده از نانوساختارهای ابرمولکولی ناشی از کرنش”) گزارش می‌دهند، یک پلیمر حافظه‌دار شکلی توسعه داده‌اند که تقریباً شش برابر بیشتر از نسخه‌های قبلی انرژی ذخیره می‌کند.
پلیمرهای حافظه‌دار شکلی بین یک حالت اولیه و بدون تغییر شکل و یک حالت ثانویه و تغییر شکل‌یافته در نوسان هستند.
حالت تغییر شکل‌یافته با کشش پلیمر ایجاد می‌شود و توسط تغییرات مولکولی، مانند شبکه‌های پیوند پویا یا تبلور ناشی از کرنش، که با گرما یا نور معکوس می‌شوند، در جای خود نگه داشته می‌شود.
سپس پلیمر از طریق آزادسازی انرژی آنتروپی ذخیره‌شده به حالت اولیه خود بازمی‌گردد.
اما برای دانشمندان چالش‌برانگیز بوده است که این پلیمرها را به گونه‌ای بسازند که وظایف انرژی‌بر را انجام دهند.
ژنان بائو و همکارانش می‌خواستند نوع جدیدی از پلیمر حافظه‌دار شکلی را توسعه دهند که به حالت پایدار و بسیار کشیده کشیده شود و به آن اجازه دهد هنگام بازگشت به حالت اولیه خود، مقادیر زیادی انرژی آزاد کند.
محققان واحدهای ۴-،۴’-متیلن بیسفنیل اوره را در اسکلت پلیمری پلی (پروپیلن گلیکول) قرار دادند. در حالت اولیه پلیمر، زنجیره‌های پلیمری درهم‌تنیده و نامنظم بودند.
کشش باعث شد زنجیره‌ها همسو شوند و پیوندهای هیدروژنی بین گروه‌های اوره تشکیل دهند و ساختارهای ابرمولکولی ایجاد کنند که حالت بسیار کشیده را تثبیت می‌کند.
گرما باعث شکستن پیوندها و انقباض پلیمر به حالت اولیه و نامنظم آن شد.
در آزمایش‌ها، این پلیمر می‌توانست تا پنج برابر طول اولیه خود کشیده شود و تا ۱۷.۹ ژول بر گرم انرژی ذخیره کند، تقریباً شش برابر انرژی بیشتر از پلیمرهای حافظه شکلی قبلی. این تیم نشان داد که ماده کشیده شده می‌تواند از این انرژی برای بلند کردن اجسامی با وزن ۵۰۰۰ برابر وزن خود پس از گرم شدن استفاده کند.
آنها همچنین با اتصال پلیمر از پیش کشیده شده به بازوی بالایی و پایینی یک مانکن چوبی، یک عضله مصنوعی ساختند.
وقتی گرم شد، این ماده منقبض شد و باعث شد مانکن بازوی خود را از آرنج خم کند. محققان می‌گویند، این پلیمر حافظه‌دار علاوه بر چگالی انرژی بی‌سابقه‌اش، ارزان نیز هست (قیمت مواد اولیه حدود ۱۱ دلار در هر پوند است) و ساخت آن آسان است.
لینک مفید:ربات‌های شناگر که خود را از آسیب درمان می‌کنند
بیشتر بدانید:آیا میکروربات‌ها می‌توانند ایمنی محصولات لبنی را بهبود بخشند؟
بیشتر بخوانید:چگونه هوش مصنوعی می تواند درمان شخصی برای سرطان را ارائه دهد
تاریخ:1404/7/14
مهسا نعمتی
