Okopírovaním DNA našli spôsob ako vytvoriť výkonnejšie svaly pre robotov

0

V napodobnení dvojitej špirály DNA našli vedci spôsob, ako urobiť umelé svalové vlákna oveľa výkonnejšími, než sú tie prírodné. Takéto svaly by sa dali použiť v mnohých druhoch miniatúrnych strojov, ako sú protetické ruky a obratné robotické prístroje. DNA nie je jediná špirála v prírode. Závitnicový tvar majú aj vláknité proteíny, ako je keratín vo vlasoch, ale aj niektoré baktérie, napr. spirochéty. Aj bunkové steny rastlín môžu obsahovať špirálovito usporiadané celulózové vlákna.

Aj svalové tkanivo je zložené zo skrutkovito stočených proteínov, ktoré tvoria tenké vlákna. Mnoho z týchto prirodzene sa vyskytujúcich špirálových štruktúr sa podieľa na pohybe vecí. Vedci už dávnejšie objavili jednoduchý spôsob výroby silných rotujúcich umelých svalových vlákien jednoduchým skrútením syntetických priadzí. Tieto vlákna priadze sa mohli rozmotať otáčaním, keď sa zväčšil objem priadze jej zahriatím. Zmenšenie vlákien spôsobilo ich opätovné skrútenie. Ukázalo sa, že tieto vlákna dokážu roztočiť rotor pri rýchlosti až 11 500 otáčok za minútu.

Biológovia študujúci jednotlivé molekuly DNA zistili, že dvojvláknová DNA sa odvíja, keď je upravená malými molekulami, ktoré sa vložia do štruktúry dvojzávitnice. Experimenty tiež ukázali, že ak sú konce DNA uviazané, aby sa zabránilo ich rotácii, vedie rozmotanie k „superzávitovke“ – molekula DNA vytvorí slučku, ktorá sa omotá okolo seba. So superzávitovkou sa možno stretnúť aj v bežnom živote, napríklad keď sa záhradná hadica zamotá.

Výsledky najnovších výskumov ukazujú, že superzávitovku podobnú DNA možno vyvolať napučaním vopred skrútených textilných vlákien. Výskumníci vytvorili kompozitné vlákna s dvoma polyesterovými šijacími niťami, z ktorých každá bola potiahnutá hydrogélom, ktorý po navlhnutí napučí, a potom sa dvojica skrútila dokopy. Nafúknutie hydrogélu ponorením do vody spôsobilo, že sa kompozitné vlákno rozmotalo. No ak boli konce vlákna upevnené, aby sa prestali otáčať, vlákno namiesto toho vytvorilo superzávitovku.

Vďaka tomu sa vlákno zmenšilo až o 90 % pôvodnej dĺžky. V procese zmršťovania sa vykonala mechanická práca ekvivalentná vydaniu 1 joulu energie na gram suchého vlákna. Na porovnanie, svalové vlákna cicavcov sa zmenšujú iba približne o 20 % svojej pôvodnej dĺžky a produkujú pracovný výkon 0,03 joulu na gram. To znamená, že rovnakú zdvíhaciu prácu možno dosiahnuť aj v prípade superzávitovky z vlákna, ktoré má v porovnaní s našimi svalmi priemer 30-krát menší.

Umelé svalové materiály sú obzvlášť užitočné v aplikáciách, kde je obmedzený priestor. Napríklad najnovšie motoricky poháňané protetické ruky sú pôsobivé, ale v súčasnosti sa obratnosťou nevyrovnajú ľudskej ruke. Na replikáciu celého rozsahu pohybu, typov úchopu a sily zdravého človeka je potrebných viac aktuátorov. Zmenšovaním rozmerov sa však elektromotory stávajú oveľa menej výkonnými, čo ich robí menej užitočnými v protetike a iných miniatúrnych strojoch. Práve umelé svaly by mohli ponúknuť vysoký pracovný a silový výkon pri malých rozmeroch.

Vedci za posledné desaťročie predstavili mnoho nových druhov umelých svalov. No stále ešte nemáme umelý sval, ktorý by sa úplne zhodoval s výkonom prirodzeného svalu. Nové superzávitovkové svaly nás posúvajú o krok bližšie k tomuto cieľu zavedením nového mechanizmu generovania veľmi veľkých kontrakcií. V súčasnosti však fungujú len pomaly, úlohou do budúcnosti je zvýšiť rýchlosť ich reakcie.

Zdroj: thenextweb.com.

Zobrazit Galériu

Redakcia

Všetky autorove články

Mohlo by vás zaujímať

Mohlo by vás zaujímať