סיבי זיכרון לשרירים מלאכותיים

חוקרים פיתחו יד רובוטית המבוססת על סיבים של סגסוגת זוכרת צורה עם חיישנים, כדי ליצור זרוע מלאכותית, קלה ומתקדמת

14 ביוני 2015

חוקרים מאוניברסיטת סארלנד (Saarland) שבגרמניה פיתחו יד רובוטית המבוססת על סיבים של סגסוגת זוכרת צורה עם חיישנים, כדי ליצור זרוע מלאכותית, קלה ומתקדמת.

זרועות רובוטיות הן לרוב מגושמות ומורכבות למדי, בשל הצורך לשלב בהן מנועים ומערכות מכניות מורכבות השולטות בתנועה של כל אחד ממרכיבי היד. שרירים וגידים ביולוגיים הם לרוב גמישים וקלים הרבה יותר, אולם לייצר אותם באופן מלאכותי ולשלבם במערכת רובוטית זו משימה מורכבת מאוד. במקום זאת החליט צוות מהנדסים גרמני להתבסס על סגסוגת זוכרת צורה (Shape-Memory Alloy) מסיבים המורכבים מסגסוגת של ניקל וטיטניום. על פי פרופ' סטפן סליקה (Seelecke) מהמכון המשולב להנדסה ואוטומציה טכנולוגית באוניברסיטת סארלנד אשר הנחה את המחקר, לסגסוגות זוכרות צורה יש יכולת לשמש במגוון יישומים באופן המזכיר שרירים וגידים אנושיים בלא צורך ברכיבים מורכבים, יקרים ומסורבלים, וליצור מערכות שהן לא רק קלות אלא גם גמישות – בדומה למערכות ביולוגיות.

סגסוגות זוכרות צורה הן קבוצת מתכות המסוגלות לשמור על צורתן הגיאומטרית ולחזור אליה לאחר חימום. התערובת שבה השתמש הצוות הגרמני מורכבת מסיבים שכל אחד מהם בקוטר של כ־30 מיקרון. הסיבים מאורגנים בקבוצות מסביב לסיב כותנה מרכזי והם מחוברים למפרקים מלאכותיים המצויים בכל אחת מן האצבעות הרובוטיות של הזרוע המלאכותית. לכל קבוצת סיבים שכזאת יש חוזק מתיחה הדומה לזה של סיב פלדה.

כאשר אחת מן האצבעות הרובוטיות מופעלת וזזה לכיוון כלשהו, הסיבים המרכיבים אותה נמתחים לכיוון המנוגד. העברת זרם חשמלי דרך הסיבים גורמת להם להתחמם ויוצרת התכווצות בדומה לאופן שבו מתכווץ שריר ביולוגי. האצבעות הרובוטיות מסוגלות להתכווץ בתנועת לפיתה ולשחרר אותה במהירות רבה תוך כדי הפעלת כוח משמעותי. הסיבה ליכולת זו היא יכולת הקירור המהירה של הסיבים המופרדים לגדילים דקים, שלהם שטח פנים גדול המאפשר פיזור חום אופטימלי.

החוקרים שילבו מיקרו בקר ביד הרובוטית אשר עוקב באופן קבוע אחר מיקומן במרחב של כל אחת מן האצבעות ושולט בזרם החשמלי המגיע לכל אחת מהן. לדברי החוקרים, כך אפשר להגיע לשליטה עדינה מאוד בפעולת האצבעות. ביצוע פעולות עדינות מאוד באמצעות היד הרובוטית ללא השימוש בסגסוגת המיוחדת היו מחייבות מערכת מכנית מורכבת ביותר.

בימים אלו עובד הצוות הגרמני על מידול תנועות יד אנושיות במטרה לשפר את יכולותיו של הבקר השולט ביד הרובוטית. הזרוע הרובוטית הייחודית הופיעה בתערוכה שהתקיימה בעיר הנובר שבגרמניה באפריל 2015, במטרה לנסות וליצור שיתופי פעולה עם התעשייה אשר יהפכו את המחקר האקדמי למוצר מסחרי. החוקרים מאמינים כי הזרוע המלאכותית תוכל לשמש בעתיד עבור רובוטים בתחומי הייצור והתעשייה השונים ואולי אף כבסיס לתותבת אנושית מתקדמת.