p O pull-up, um exercício temido pela maioria, responde a uma pergunta básica:seus músculos são fortes o suficiente para levantar o próprio peso do corpo? p Alguns pesquisadores de Illinois que trabalham com músculos artificiais estão vendo resultados que até os indivíduos mais aptos invejariam, projetar músculos capazes de levantar até 12, 600 vezes o seu próprio peso.

p Professor assistente de ciência mecânica e engenharia Sameh Tawfick, Beckman pós-doutorado Caterina Lamuta, e Simon Messelot publicou recentemente um estudo sobre como projetar músculos artificiais superfortes no jornal Materiais e estruturas inteligentes . Os novos músculos são feitos de borracha de siloxano reforçada com fibra de carbono e têm uma geometria enrolada.

p Esses músculos são capazes de não apenas levantar até 12, 600 vezes o seu próprio peso, mas também suportando até 60 MPa de tensão mecânica, proporcionando cursos de tração superiores a 25% e trabalho específico de até 758 J / kg. Essa quantidade é 18 vezes maior do que o trabalho específico que os músculos naturais são capazes de produzir. Quando acionado eletricamente, os músculos artificiais à base de fibra de carbono apresentam excelente desempenho sem exigir uma alta tensão de entrada:os autores mostraram como um feixe muscular de 0,4 mm de diâmetro é capaz de levantar meio galão de água por 1,4 polegadas com apenas 0,172 V / cm de tensão aplicada.

p “A gama de aplicações desses músculos artificiais de baixo custo e peso leve é ​​muito ampla e envolve diversos campos, como a robótica, próteses, órteses, e dispositivos de assistência humana, "Lamuta disse." O modelo matemático que propusemos é uma ferramenta de design útil para ajustar o desempenho de músculos artificiais enrolados de acordo com as diferentes aplicações. Além disso, o modelo fornece uma compreensão clara de todos os parâmetros que desempenham um papel importante no mecanismo de atuação, e isso incentiva futuros trabalhos de pesquisa para o desenvolvimento de novas tipologias de músculos enrolados reforçados com fibras com propriedades aprimoradas. "

p Os próprios músculos artificiais são bobinas compostas de fibras de carbono comerciais e polidimetilsiloxano (PDMS). Uma estopa de fibras de carbono é inicialmente mergulhada em PDMS não curado diluído em hexano e, em seguida, torcido com uma broca simples para criar um fio com uma forma homogênea e um raio constante. Após a cura do PDMS, o fio composto reto é altamente torcido até que esteja totalmente enrolado.

p "Os músculos enrolados foram inventados recentemente com fios de náilon, "Tawfick disse." Eles podem exercer grandes golpes de acionamento, o que os torna incrivelmente úteis para aplicativos em dispositivos de assistência humana:se eles pudessem ser muito mais fortes. "

p A equipe estabeleceu uma meta de transformar as fibras de carbono, um material leve muito forte que está prontamente disponível comercialmente, em músculos artificiais.

p “Para usar fibras de carbono, tínhamos que entender o mecanismo de contração dos músculos enrolados. Assim que descobrimos a teoria, aprendemos como transformar fibras de carbono em músculos ultra fortes. Nós simplesmente enchemos os cabos de fibra de carbono com o tipo adequado de borracha de silicone, e seu desempenho foi impressionante, precisamente o que pretendíamos, "Tawfick disse. Este estudo demonstra que a contração muscular é causada por um aumento no raio do fio do músculo devido à expansão térmica ou absorção de solvente da lima de silicone." Os músculos flexionam quando a borracha de silicone afasta localmente as fibras dentro do cabo , aplicando uma voltagem, calor ou inchaço por um solvente. A pressão interna exercida pela borracha de silicone nas fibras faz com que o diâmetro do cabo se expanda e se desenrole, causando um golpe de contração ao longo do comprimento. "

p Durante a caracterização experimental, uma tensão DC foi aplicada às extremidades da bobina para induzir o aquecimento do compósito e, por sua vez, causar a atuação de tração. A extremidade superior da bobina foi fixada, enquanto uma carga foi anexada ao fundo para criar tensão. O curso de tração foi capturado por uma câmera de cinema, e analisado quadro a quadro. A atuação da tração também foi induzida através do inchaço via hexano líquido entregue ao músculo enrolado.

p Esses músculos podem flexionar ainda mais, alcançando golpes maiores? A estreita concordância entre as previsões matemáticas e a realização experimental fornece confiança para responder a essa pergunta. A equipe descobriu que a atuação de tração dos músculos espirais artificiais pode ser limitada pela capacidade do material convidado (silicone) de se expandir - um limite imposto pelas propriedades de degradação térmica do material convidado. Isso explica por que os músculos acionados pelo inchaço têm tensões de ativação mais altas, eles são capazes de inchar mais do que os músculos induzidos pelo calor. O modelo teórico proposto pelos autores lança luz sobre como projetar um material convidado que possa capacitar músculos com um desempenho ainda mais impressionante.