Một nghiên cứu đột phá đã phát triển loại cơ nhân tạo mới, cho phép robot hình người có thể nâng được vật nặng gấp 4.400 lần trọng lượng của chúng. Đây là bước tiến đáng kể trong việc kết hợp giữa độ linh hoạt và sức mạnh trong thiết kế cơ nhân tạo, vừa mới được công bố trên tạp chí Vật liệu Chức năng tiên tiến (Advanced Functional Materials) vào ngày 7 tháng 9 năm nay.
Contents
Đột Phá Trong Thiết Kế Cơ Nhân Tạo
Giáo sư Hoon Eui Jeong, một chuyên gia kỹ thuật cơ khí tại Viện Khoa học và Công nghệ Quốc gia Ulsan (UNIST) và tác giả chính của nghiên cứu, cho biết: “Nghiên cứu này đã khắc phục được hạn chế cơ bản của cơ nhân tạo truyền thống, vốn chỉ có thể co giãn cao nhưng yếu, hoặc mạnh nhưng cứng”. Cơ nhân tạo mới này là một sự kết hợp hóa học phức tạp của các polyme, cho phép nó vừa mềm mại lại vừa có thể nâng được khối lượng lớn.
Những Thách Thức Của Cơ Nhân Tạo Truyền Thống
Cơ nhân tạo thường gặp khó khăn trong việc đạt được sự cân bằng giữa độ cứng và độ co giãn. Chúng cần phải có khả năng co dãn trong khi vẫn cung cấp đủ năng lượng, hoặc mật độ làm việc, để không bị hạn chế hiệu suất. Tuy nhiên, cơ nhân tạo mềm lại được đánh giá cao nhờ vào khả năng thích nghi và tính đa dạng trong chuyển động. Mật độ làm việc cao một cách đồng thời với độ co giãn là mục tiêu quan trọng mà các nhà nghiên cứu luôn theo đuổi.
Cấu Tạo Của Cơ Nhân Tạo Mới
Cơ nhân tạo mới được mô tả là một “bộ truyền động composite từ tính hiệu suất cao”. Nó bao gồm các polyme được liên kết với nhau, mô phỏng khả năng kéo và thả của cơ. Điều đáng chú ý là một trong các polyme có thể thay đổi độ cứng và được tích hợp trong ma trận chứa các vi hạt từ tính, có khả năng điều khiển được.
Thiết kế này bao gồm hai cơ chế liên kết chéo độc lập: mạng lưới hóa học liên kết cộng hóa trị và mạng lưới tương tác vật lý thuận nghịch. Sự kết hợp này cung cấp sức mạnh cần thiết cho cơ nhân tạo hoạt động lâu dài.
Khả Năng Chịu Tải Của Cơ Nhân Tạo
Cơ tổng hợp mới trở nên cứng khi chịu tải trọng nặng và mềm ra khi cần co lại. Dù nặng chỉ 1,13 gram, cơ nhân tạo này có khả năng chịu được trọng lượng lên tới 5 kg. Theo sự phân tích, một cơ của con người co lại ở mức căng khoảng 40%, trong khi cơ tổng hợp này có thể đạt mức căng lên đến 86,4% – gấp đôi so với cơ tự nhiên của con người. Điều này giúp nó có mật độ làm việc lên tới 1.150 kilojoule/mét khối, cao gấp 30 lần so với khả năng của cơ bắp người.
Khả Năng Ứng Dụng Rộng Rãi
Nhóm nghiên cứu đã thực hiện thử nghiệm kéo đơn trục để đo sức mạnh của cơ nhân tạo. Họ đã tác động lực kéo cho đến khi vật thể bị gãy nhằm xác định sức mạnh kéo tối đa.
Đột phá này mở ra nhiều triển vọng trong các lĩnh vực như robot học mềm, phục hồi chức năng y học, thiết bị đeo thông minh, và các giao diện tương tác người – máy. Với sự kết hợp giữa độ linh hoạt và sức mạnh, thế hệ cơ nhân tạo mới có khả năng giúp robot di chuyển uyển chuyển hơn, đồng thời hỗ trợ chính xác các cử động của con người trong các ứng dụng y sinh và công nghiệp.
Tóm lại
Nghiên cứu mới về cơ nhân tạo vừa được công bố cho thấy một bước tiến lớn trong công nghệ robot, mở ra nhiều khả năng ứng dụng trong tương lai.
