This post is also available in:
English (אנגלית)
רובוטים שאמורים לעבוד בסמוך לבני אדם או לפעול בסביבות צפופות ובלתי צפויות זקוקים למפעילים (actuators) שמסוגלים להתכופף, להתלפף ולהסתגל בדרכים שמנועים קונבנציונליים אינם יכולים להציע. "שרירים מלאכותיים" קיימים — מבוססי אוויר דחוס, פולימרים אלקטרו־אקטיביים או מתכות בעלות זיכרון צורה — התקדמו בשנים האחרונות, אך רבים מהם עדיין מגושמים, לא יעילים או קשים לשליטה. לכן, מהנדסים ממשיכים לחפש מנגנונים המאפשרים את הגמישות של שריר ביולוגי — בלי המגבלות שלו.
סקירה מחקרית חדשה מציגה סוג מפעילים שמתחיל למלא את הפער הזה: שרירים מלאכותיים סיביים. מפעילים אלה, המורכבים מסיבים מפותלים, מסולסלים או מורכבים בשכבות, מחקים את המבנה ההיררכי של רקמת שריר טבעית ויכולים לייצר מגוון סוגי תנועה — כיפוף, פיתול, מתיחה וכיווץ איזומטרי — בתוך מבנה קומפקטי. פעולתם נשלטת על ידי שינויים פנימיים בסיבים בתגובה לגירויים חיצוניים כגון חום, אור, אותות חשמליים, חומרים כימיים או אדי נוזלים.
לעולמות הביטחון וביטחון הפנים, הרב־תכליתיות הזו מעניקה יתרונות משמעותיים. רובוטים רכים, המונעים בידי שרירים סיביים, יכולים לנוע דרך הריסות, לטפל בחומרים מסוכנים בדיוק רב או לפעול בשקט בסביבות רגישות. בניגוד למפעילים קשיחים, סיבים אלה יכולים להתעוות בבטחה ליד בני אדם, מה שהופך אותם מתאימים לרובוטיקה לפינוי רפואי, לשלדי־חוץ לבישים או למערכות אוטונומיות שצריכות להתאים את עצמן לשטח מאתגר — ללא מפרקים מכניים כבדים.
על פי דיווח של TechXplore, הסקירה מציגה כמה אבני־דרך ביצועיות המגיעות ואף עולות על יכולות השריר הביולוגי. מערכות המופעלות באמצעות אדים הגיעו למהירויות פיתול של יותר מ־11,000 סיבובים לדקה. הפעלה מתיחה (rigid actuation) הגיעה ל"מאמצי מתיחה" קיצוניים — עד 8,600% — באמצעות חוטים מסולסלים. כוחות הכיווץ האיזומטרי אף עולים בהרבה על כוח שריר האדם: חלק מהסיבים האלקטרו־כימיים מייצרים מעל 28 מגה־פסקל, לעומת כ־0.35 מגה־פסקל בשריר שלד של יונקים. בתחום הכיפוף, סיבים המופעלים בלייזר כבר מסוגלים לתנועות מורכבות ורב־כיווניות.
יכולות אלה פותחות דלת למגוון יישומים מתפתחים: טקסטיל אדפטיבי, תופסנים רכים, כלי ניתוח זעיר־פולשניים, מכשירים אוטומטיים לסגירת פצעים, ורובוטים שמזדחלים, שוחים או מטפסים באמצעות דפוסי תנועה טבעיים. ועדיין, נותרו אתגרים: מערכות קיימות מתמודדות עם מגבלות של עמידות לאורך זמן, עלויות חומרים ושילוב עם חיישנים ומקורות כוח. החוקרים בוחנים כעת חומרים בעלי יכולת “ריפוי עצמי”, חישה משולבת, וייצור סיבים בר־קיימא — למשל כותנה או סיבי לוטוס — כדי להפוך את המפעילים לפרקטיים יותר בשימוש אמיתי.
ככל שמדע החומרים מתקדם, שרירים מלאכותיים סיביים עוברים מהדגמות מעבדה למערכות שיכולות להתעלות על ביצועי שריר טבעי בכוח, במהירות ובגמישות — ופותחים את הדלת לדור חדש של רובוטיקה רכה ואינטגרציה בין אדם למכונה.
המחקר פורסם כאן.
