Ilmuwan mengembangkan jenis otot buatan baru yang terinspirasi oleh supercoiling DNA
Robot

Ilmuwan mengembangkan jenis otot buatan baru yang terinspirasi oleh supercoiling DNA


Profesor Geoffrey Spinks dari Universitas Wollongong. Kredit: UOW

Peneliti Universitas Wollongong (UOW) telah meniru sifat supercoiling DNA untuk mengembangkan jenis otot buatan baru untuk digunakan dalam aplikasi robot miniatur. Penelitian mereka dipublikasikan hari ini di Ilmu Robotika.

Salah satu tantangan untuk miniaturisasi teknologi robotika, seperti mengembangkan alat mikro untuk operasi robotik jarak jauh, adalah bahwa sistem penggerak mekanis konvensional (atau “aktuator”) sulit untuk dirampingkan tanpa kehilangan kinerja. Otot buatan yang menghasilkan gerakan besar dan dapat dibalik, hasil kerja mekanis yang tinggi, merespons dengan cepat dan bertahan selama jutaan siklus akan sangat cocok untuk mesin miniatur, kata penulis utama studi tersebut, Profesor Geoffrey Spinks dari Institut Bahan Inovatif Australia UOW.

“Miniaturisasi perangkat robotik akan memiliki banyak aplikasi, tetapi tantangan utamanya adalah bagaimana menghasilkan gerakan dan gaya yang kuat dalam perangkat kecil,” kata Profesor Spinks.

“Motor listrik terlalu rumit untuk dirampingkan, jadi kami mencari otot buatan untuk memberikan aktuasi mekanis yang kompak.

“Susunan otot buatan miniatur dapat digabungkan untuk membuat prostetik canggih dan perangkat yang dapat dikenakan untuk membantu orang bergerak ketika mereka memiliki cacat fisik atau cedera. Aktuator kecil juga dapat digabungkan ke dalam alat untuk operasi non-invasif dan manipulator mikro dalam industri.”

Video supercoiling heliks dari benang poliester-PAA. Kredit: Spinks dkk., Sci. Robot. 6, eabf4788

Inspirasi untuk jenis otot buatan baru ini berasal dari alam. Untuk mengemas ke dalam inti sel, DNA harus berkontraksi lebih dari 1000 kali, sebagian melalui proses yang disebut supercoiling.

“Pekerjaan kami menggambarkan jenis baru otot buatan yang meniru cara molekul DNA runtuh saat mengemas ke dalam inti sel,” kata Profesor Spinks.

“Kami mampu membuat pelepasan seperti DNA dengan pembengkakan serat bengkok. Supercoiling terjadi ketika ujung serat diblokir terhadap rotasi. Kami menunjukkan bahwa otot buatan baru ini menghasilkan sejumlah besar kerja mekanis.”

Tim peneliti mengoptimalkan serat melalui pemodelan untuk memaksimalkan langkah dan hasil kerja, dan memperkecil ukuran serat untuk mengurangi waktu respons mereka. Mereka kemudian berhasil menguji coba otot-otot baru tersebut pada aplikasi yang memungkinkan, termasuk gunting mikro dan penjepit mikro.

Rekan penulis Dr. Sina Naficy, sekarang di University of Sydney, berkata, “Melihat apa yang terjadi di alam dan mampu meniru tindakan tersebut dalam sistem sintetis sangat menarik. Kami telah mempelajari bahwa pembentukan komposit serat di mana serat dililitkan menjadi heliks memberikan cara yang nyaman untuk menyimpan dan melepaskan energi mekanik. Ada banyak contoh komposit heliks semacam ini di alam, dari molekul DNA hingga sulur tanaman. Sistem ini menawarkan prospek yang menarik untuk perkembangan masa depan. ”

Pembentukan dan penghilangan supercoiling heliks dalam serat komposit poliester-PAA. Kredit: Spinks dkk., Sci. Robot. 6, eabf4788

Tindakan otot baru ini cukup lambat, membatasi penerapannya saat ini, jadi tantangan berikutnya adalah mempercepat respons, menurut Dr. Javad Foroughi dari Fakultas Teknik dan Ilmu Informasi UOW, salah satu penulis makalah penelitian. . “Kami telah menggunakan hidrogel untuk menghasilkan perubahan volume yang mendorong supercoiling tetapi respons itu secara inheren lambat,” kata Dr. Foroughi.

“Kami yakin bahwa kecepatan dapat ditingkatkan dengan membuat serat berdiameter lebih kecil, tetapi saat ini, aplikasinya terbatas pada aplikasi yang membutuhkan respons lebih lambat,” kata Profesor Spinks. “Mengembangkan otot supercoiling yang lebih cepat akan membuka aplikasi lebih lanjut. Kami berharap orang lain akan mempelajari berbagai cara untuk menghasilkan perubahan volume — seperti dengan pemanas listrik — yang dapat menghasilkan respons yang lebih cepat.”


Insinyur mekanik mengembangkan teknologi otot buatan berkinerja tinggi baru


Informasi lebih lanjut:
GM Spinks el al., “Otot buatan dua langkah tinggi dan berkapasitas kerja tinggi yang terinspirasi oleh supercoiling DNA,” Ilmu Robotika (2021).

robotics.sciencemag.org/lookup… /scirobotics.abf4788

Disediakan oleh University of Wollongong

Kutipan: Ilmuwan mengembangkan jenis otot buatan baru yang terinspirasi oleh DNA supercoiling (2021, 28 April) diambil 28 April 2021 dari https://techxplore.com/news/2021-04-scientists-artificial-muscle-dna-supercoiling.html

Dokumen ini memiliki hak cipta. Selain dari transaksi yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten tersebut disediakan untuk tujuan informasi saja.


Halaman Ini Di Persembahkan Oleh : Singapore Prize