EMPA शोधकर्ता कृत्रिम मांसपेशियों पर काम कर रहे हैं जो वास्तविक चीज़ के साथ रख सकते हैं। उन्होंने अब 3 डी प्रिंटिंग का उपयोग करके नरम और लोचदार, अभी तक शक्तिशाली संरचनाओं का उत्पादन करने की एक विधि विकसित की है। एक दिन, इनका उपयोग दवा या रोबोटिक्स में किया जा सकता है – और कहीं भी जहां चीजों को एक बटन के स्पर्श पर स्थानांतरित करने की आवश्यकता होती है।
कृत्रिम मांसपेशियों को सिर्फ रोबोट नहीं मिलते हैं: एक दिन, वे काम पर या चलने पर लोगों का समर्थन कर सकते थे, या घायल मांसपेशियों के ऊतकों को बदल सकते थे। हालांकि, कृत्रिम मांसपेशियों को विकसित करना जो वास्तविक चीज़ की तुलना कर सकते हैं, एक बड़ी तकनीकी चुनौती है। अपने जैविक समकक्षों के साथ बनाए रखने के लिए, कृत्रिम मांसपेशियों को न केवल शक्तिशाली होना चाहिए, बल्कि लोचदार और नरम भी होना चाहिए। उनके मूल में, कृत्रिम मांसपेशियां तथाकथित एक्ट्यूएटर हैं: ऐसे घटक जो विद्युत आवेगों को आंदोलन में परिवर्तित करते हैं। एक्ट्यूएटर्स का उपयोग किया जाता है जहां कुछ भी एक बटन के धक्का पर चलता है, चाहे घर पर, कार के इंजन में या अत्यधिक विकसित औद्योगिक संयंत्रों में। हालांकि, इन कठिन यांत्रिक घटकों में अभी तक मांसपेशियों के साथ बहुत कुछ नहीं है।
विरोधाभासों का समापन
कार्यात्मक पॉलिमर के लिए EMPA की प्रयोगशाला के शोधकर्ताओं की एक टीम नरम सामग्री से बने एक्ट्यूएटर्स पर काम कर रही है। अब, पहली बार, उन्होंने 3 डी प्रिंटर का उपयोग करके ऐसे जटिल घटकों के उत्पादन के लिए एक विधि विकसित की है। तथाकथित ढांकता हुआ लोचदार एक्ट्यूएटर्स (डीईए) में दो अलग-अलग सिलिकॉन-आधारित सामग्री शामिल हैं: एक प्रवाहकीय इलेक्ट्रोड सामग्री और एक गैर-प्रवाहकीय ढांकता हुआ। ये सामग्री परतों में इंटरलॉक करते हैं। ईएमपीए के शोधकर्ता पैट्रिक डैनर बताते हैं, “यह आपकी उंगलियों को जोड़ने जैसा है।” यदि एक विद्युत वोल्टेज इलेक्ट्रोड पर लागू किया जाता है, तो एक्ट्यूएटर एक मांसपेशी की तरह अनुबंध करता है। जब वोल्टेज बंद हो जाता है, तो यह अपनी मूल स्थिति में आराम करता है।
3 डी प्रिंटिंग ऐसी संरचना तुच्छ नहीं है, डैनर जानता है। उनके बहुत अलग विद्युत गुणों के बावजूद, दो नरम सामग्रियों को मुद्रण प्रक्रिया के दौरान बहुत समान व्यवहार करना चाहिए। उन्हें मिश्रण नहीं करना चाहिए, लेकिन अभी भी तैयार एक्ट्यूएटर में एक साथ पकड़ना चाहिए। मुद्रित “मांसपेशियों” को यथासंभव नरम होना चाहिए ताकि एक विद्युत उत्तेजना आवश्यक विरूपण का कारण बन सके। इसमें जोड़ा गया है कि सभी 3 डी प्रिंट करने योग्य सामग्रियों को पूरा करना चाहिए: उन्हें दबाव में तरलीकृत करना चाहिए ताकि उन्हें प्रिंटर नोजल से बाहर निकाल दिया जा सके। इसके तुरंत बाद, हालांकि, उन्हें मुद्रित आकार को बनाए रखने के लिए पर्याप्त चिपचिपा होना चाहिए। “ये गुण अक्सर प्रत्यक्ष विरोधाभास में होते हैं,” डैनर कहते हैं। “यदि आप उनमें से एक का अनुकूलन करते हैं, तो तीन अन्य बदलते हैं … आमतौर पर बदतर के लिए।”
एक वीआर दस्ताने से एक धड़कन दिल तक
एथ ज्यूरिख, डैनर और डोरिना ओप्रिस के शोधकर्ताओं के सहयोग से, जो अनुसंधान समूह कार्यात्मक बहुलक सामग्री का नेतृत्व करते हैं, इनमें से कई विरोधाभासी गुणों को समेटने में सफल रहे हैं। EMPA में विकसित दो विशेष स्याही, ETH शोधकर्ताओं Tazio Pleij और Jan Vermant द्वारा विकसित एक नोजल का उपयोग करके कामकाजी सॉफ्ट एक्ट्यूएटर्स में मुद्रित किए जाते हैं। सहयोग बड़े पैमाने पर परियोजना Manufhaptics का हिस्सा है, जो ETH डोमेन के रणनीतिक क्षेत्र उन्नत विनिर्माण का हिस्सा है। परियोजना का उद्देश्य एक दस्ताने विकसित करना है जो आभासी दुनिया को मूर्त बनाता है। कृत्रिम मांसपेशियों को प्रतिरोध के माध्यम से वस्तुओं की पकड़ का अनुकरण करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।
हालांकि, नरम एक्ट्यूएटर्स के लिए कहीं अधिक संभावित अनुप्रयोग हैं। वे हल्के, नीरव हैं और, नई 3 डी प्रिंटिंग प्रक्रिया के लिए धन्यवाद, आवश्यकतानुसार आकार दिया जा सकता है। वे कारों, मशीनरी और रोबोटिक्स में पारंपरिक एक्ट्यूएटर्स की जगह ले सकते थे। यदि वे आगे भी विकसित किए जाते हैं, तो उनका उपयोग चिकित्सा अनुप्रयोगों के लिए भी किया जा सकता है। डोरिना ओप्रिस और पैट्रिक डैनर पहले से ही इस पर काम कर रहे हैं। उनकी नई प्रक्रिया का उपयोग न केवल जटिल आकृतियों को प्रिंट करने के लिए किया जा सकता है, बल्कि लंबे लोचदार फाइबर भी। “अगर हम उन्हें थोड़ा पतला बनाने का प्रबंधन करते हैं, तो हम वास्तविक मांसपेशी फाइबर कैसे काम करते हैं, इसके बहुत करीब हो सकते हैं,” ओपिस कहते हैं। शोधकर्ता का मानना है कि भविष्य में इन फाइबर से पूरे दिल को प्रिंट करना संभव हो सकता है। हालांकि, इस तरह के सपने को एक वास्तविकता बनने से पहले अभी भी बहुत कुछ करना है।
