عضله مصنوعی که از گلوکز و اکسیژن نیرو می‌گیرد

ایسنا: به نقل از گیزمگ، پژوهشگران "دانشگاه لینشوپینگ"(LiU) سوئد، نوعی عضله مصنوعی ابداع کرده‌اند که مانند همتای واقعی خود، با گلوکز و اکسیژن کار می‌کند.

شاید این عضله پلاستیکی جدید که از پلیمر خاصی ساخته شده، بتواند به ابداع عضلات مصنوعی و میکروربات‌هایی که مانند اندام زنده، نیروی خود را به دست می‌آورند، کمک کند.

در سال‌های اخیر، دستاوردهای بسیاری در حوزه اعضای مصنوعی به دست آمده اما جایگزین کردن عضلات آسیب‌دیده با اعضای مصنوعی یا تزریق میکروربات‌هایی که عملکرد پزشک را در بدن دارند، موضوع پیچیده‌ای است. نکته مهم در مورد چنین ابزاری، نحوه تأمین نیروی آنهاست.

یکی از روش‌های کارآمد، این است که به جای به کار بردن فعال‌کننده‌های قدیمی که نیروی خود را از الکتریسیته به دست می‌آورند، از فعال‌کننده‌هایی استفاده شود که فرآیندهای طبیعی بدن را تقلید می‌کنند تا تأمین نیروی عضله رباتیک، مانند عضله طبیعی صورت بگیرد. پژوهشگران دانشگاه لینشوپینگ برای رسیدن به این هدف، از عضلاتی استفاده کردند که با نوعی فعال‌کننده پلیمر از جنس "پلی‌پیرول" (polypyrrole) ساخته شده‌اند.

پلی‌پیرول، نوعی پلیمر آلی است که ویژگی‌های الکتریسیته ساکن را دارد و در دسته پلیمرهای رسانای الکتریکی قرار می‌گیرد. این پلیمر، در ابزارها و حسگرهای الکترونیکی به کار می‌رود و هنگام قرار گرفتن در معرض جریان الکتریسیته، حجم خود را تغییر می‌دهد.

پژوهشگران برای ساخت عضله مصنوعی، این پلیمر را به صورت دو لایه درآورده‌اند که غشایی بین آنها قرار دارد. هنگامی که جریان الکتریسیته به یکی از لایه‌ها وارد می‌شود، یون‌های داخل پلیمر، از آن بیرون می‌روند و لایه کوچک می‌شود. در همین حال، لایه دیگر، الکترون‌ها را جذب می‌کند و گسترش می‌یابد؛ در نتیجه، کل عضله می‌تواند مانند یک عضله طبیعی خم شود.

این عضله مصنوعی، شارژ خود را از یک باتری به دست می‌آورد اما می‌تواند تأمین نیرو را با استفاده از گلوکز و اکسیژن هم انجام دهد. عضله برای این کار، غلظت پلیمر را با آنزیم‌هایی که واکنش را افزایش می‌دهند، بالا می‌برد و مانند یک عضله طبیعی، گلوکز را برای تأمین انرژی می‌سوزاند.

"ادوین جاگر"(Edwin Jager)، پژوهشگر دانشگاه لینشوپینگ و از نویسندگان این پژوهش گفت: این آنزیم‌ها، به تبدیل گلوکز و اکسیژن کمک می‌کنند تا نیروی مورد نیاز برای حرکت کردن عضله مصنوعی فراهم شود. این عضله، به هیچ منبع ولتاژی نیاز ندارد زیرا تنها کافی است فعال کننده در محلولی از گلوکز و آب غوطه‌ور شود.

مرحله بعدی این پروژه، کنترل و واکنش عضله مصنوعی و بررسی عملکرد آن در چرخه‌های تکراری خواهد بود. هدف نهایی پژوهشگران این است که عضله مصنوعی بتواند عملکرد عضله طبیعی را تقلید کند و در میکروربات‌ها نیز به کار رود.

جاگر افزود: گلوکز، در همه اندام‌های بدن وجود دارد و ماده کارآمدی برای آغاز کار است. این امکان وجود دارد که بتوان گلوکز را به آنزیم‌های دیگری تبدیل کرد که می‌توانند فعال‌کننده را برای کار آماده کنند و میکروربات‌ها را برای جستجو در دریاچه‌ها یاری دهند. پیشرفت در این پروژه، به ما کمک می‌کند که بتوانیم انرژی فعال‌کننده‌ها را از مواد طبیعی اطراف خود تأمین کنیم.

این پژوهش، در مجله "Advanced Materials" به چاپ رسیده است.