Het Massachusetts Institute of Technology heeft de ranken van komkommers nagebouwd en daarbij ontdekt dat die uitstekend werken als kunstmatige spieren. Met een kleine temperatuurwisseling krullen de ranken op of ontspannen ze, wat allerlei toepassingen kan hebben in simpele apparaten.
Een komkommerplant klimt omhoog als hij de mogelijkheid heeft. Daartoe groeien er ranken uit de plant. Deze gekrulde steeltjes hechten zich aan een hekje of muur en trekken de komkommer de hoogte in. Het is best knap dat die ranken een hele plant, inclusief zware vruchten, omhoog kunnen houden.
Langzame en snelle vezel
Dat dachten onderzoekers van MIT ook. Ze probeerden met kunststoffen de structuur en het gedrag van de ranken na te maken. Ze combineerden twee vezels in één draadje. Als de vezels warmer worden, rekken ze uit. Maar één van de vezels groeit veel sneller dan de andere. De langzame vezel ‘trekt’ aan de snelle, en er ontstaan krullen in de draad.
Door de draad strak te trekken, krulde hij vanzelf strak op. Dat kwam door de gekozen materialen: een elastomeer en thermoplastisch polyethyleen. Het is een beetje hetzelfde effect als bij een cadeaulint: als je daar met een schaar langs gaat ontstaan ook krullen. Toen een van de onderzoekers het gekrulde draadje vervolgens aanraakte, gebeurde er iets bijzonders: de lichaamswarmte was genoeg om de draad uit te rekken, maar door de combinatie van materialen ontstond daardoor een nog strakkere krul: het draadje trok zich samen.
Kunstmatige spier
Dat fenomeen is bruikbaar als ‘kunstmatige spier’. Omdat het om heel kleine temperatuurwisselingen gaat, is er weinig energie nodig en geen ingewikkeld systeem om het te gebruiken. De filmpjes die het MIT maakte, laten zien hoe je het draadje bijvoorbeeld kan gebruiken.
Omdat de benodigde temperatuurwisseling gering is, gaat het draadje lang mee; na 10.000 keer testen werkte hett nog uitstekend. En bij sommige tests kon het draadje wel 650 keer zijn eigen gewicht tillen. Als er minder trekkracht nodig is, kan dat ook. Door het draadje aan het begin minder strak te laten krullen, krijg je minder kracht. En voor het zwaardere werk kun je meerdere draden samenpakken.
De meest voor de hand liggende toepassingen die de onderzoekers noemen zijn (kleine) robots en protheses, die met dit soort spiertjes goedkoper en lichter kunnen worden.
Flexibiliteit en snelheid
De onderzoekers zijn verguld met hun vondst. ‘Het is alsof je een raam open doet, en dan een heleboel nieuwe ramen ziet’, vertelt postdoc Mehmet Kanik. Daarmee doelt hij op het feit dat hij het concept met een heleboel verschillende materialen kan proberen. Het is niet de eerste keer dat de wetenschap een kunstmatige spier maakt. Maar de flexibiliteit, het lage gewicht en de snelle reactie op temperatuurschommelingen maken deze spier mogelijk wel makkelijker toepasbaar.
Beeld: Felice Frankel, MIT
Nieuwsbrief
Vond je dit een interessant artikel, abonneer je dan gratis op onze wekelijkse nieuwsbrief.