Wetenschappers maken kunstmatige spier die sterker is dan menselijke spieren
Door Maya Davis
14 juli 2022 - Wetenschappers van UCLA en non-profit SRI International experimenteren met een sterk, rekbaar polymeer om een kunstmatige spier te maken die ze beschrijven als sterker en flexibeler dan menselijke spieren.
Polymeren zijn natuurlijke of synthetische stoffen die bestaan uit grote moleculen en zijn bouwstenen van veel mineralen en door de mens gemaakte materialen. In dit geval gebruikten de onderzoekers elektroactieve polymeren, dat zijn polymeren die van vorm of grootte veranderen wanneer ze met elektriciteit worden gestimuleerd. Ze zijn de lievelingen van de ingenieurswereld geworden en worden nu gebruikt in technologie variërend van robotvissen tot stofwissers.
UCLA-onderzoekers ontwikkelden het spiermateriaal uit diëlektrische elastomeren, een soort elektroactief polymeer, en introduceerden een nieuw proces voor het bouwen van nepspieren waarvan ze hopen dat ze ooit zullen worden toegepast in zachte robotica en zelfs menselijke implantaten.
"We zijn erg enthousiast over dit nieuwe materiaal," zegt Qibing Pei, PhD, een auteur van de studie en een UCLA professor in materiaalkunde en engineering. "Bij maximale prestaties is deze kunstmatige spier veel krachtiger dan een menselijke spier."
De bevindingen van het team zijn deze maand gepubliceerd in Science.
Super-spieren creëren
Bij het testen toonden de onderzoekers aan dat het materiaal niet alleen kon uitzetten en samentrekken als een menselijk middenrif tijdens het ademen, maar ook een bal ter grootte van een erwt kon gooien die 20 keer zwaarder was dan hijzelf. En met het materiaal uitgeruste synthetische spieren waren 3 tot 10 keer flexibeler dan natuurlijke spieren, aldus een persbericht over de bevindingen.
Om deze bovenmenselijke, gespierde stof te maken, namen de onderzoekers een gewoon maar onbuigzaam materiaal op basis van acryl en gebruikten een UV-licht uithardingsproces om een beter presterend materiaal te produceren. Het resultaat is een film van 35 micrometer, zo dun en licht als een stukje menselijk haar, die vervolgens tot 50 keer wordt gelaagd om het kunstmatige spierweefsel te maken, aldus de auteurs.
De kunstmatige spier verbruikt elektrische energie, in tegenstelling tot menselijke spieren, die chemische energie uit voedsel gebruiken om te werken.
"Dit heeft veel voordelen," zegt Pei. "Het is gemakkelijker te controleren, en we kunnen het materiaal met een hogere frequentie activeren en deactiveren. Bij menselijke spieren hebben we over het algemeen lage prestaties bij een hoge frequentie."
Hybride mensen
De onderzoekers zien een toekomst voor de technologie in medische implantaten en zachte robotica. Het materiaal kan met name een "tastzin" toevoegen aan draagbare biomedische technologieën en kan mensen helpen die niet kunnen glimlachen of knipperen als gevolg van gezondheidsproblemen, legde Pei uit aan UPI.
"Ik denk dat er veel potentieel is," zei hij. "Het is dit nieuwe materiaal, en ik denk dat de implicatie dichter bij de realiteit komt."
