วัสดุไฮโดรเจลช่วยยืดกล้ามเนื้อ

วัสดุใหม่ที่เพิ่มความแข็งแรงเพื่อตอบสนองต่อความเครียดทางกล เช่นเดียวกับกล้ามเนื้อในระหว่างการฝึกความแข็งแรงที่โรงยิม สามารถใช้เพื่อสร้างโครงสร้างที่ไม่เมื่อยล้าสำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรมหลายประเภท วัสดุนี้ทำมาจากไฮโดรเจลแบบเครือข่ายคู่ที่ออกแบบมาเพื่อซ่อมแซมความเสียหายที่เกิดขึ้นเมื่อใช้แรงดึง “นี่เป็นการสาธิตครั้งแรกในโลกของวัสดุสังเคราะห์ที่ปรับปรุงคุณสมบัติของมันด้วย 

‘สารอาหาร’ ที่ให้มาในลักษณะที่คล้ายคลึง

กับกระบวนการของการเติบโตของกล้ามเนื้อ” ผู้เขียนนำการศึกษา Takahiro Matsuda จากมหาวิทยาลัยฮอกไกโดในญี่ปุ่นอธิบายเอาชนะความเสียหายและความล้มเหลวเนื้อเยื่อชีวภาพ เช่น กระดูกและกล้ามเนื้อเป็นวัสดุไดนามิกที่เปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของมันตามน้ำหนักที่ใช้ ตัวอย่างเช่น ในระหว่างการฝึกความแข็งแรง เส้นใยกล้ามเนื้อโครงร่างจะถูกทำลาย กระตุ้นการเติบโตของเนื้อเยื่อใหม่ ซึ่งเป็นกระบวนการที่ทำให้กล้ามเนื้อโดยรวมแข็งแรงขึ้น คุณสมบัติดังกล่าวยินดีเป็นอย่างยิ่งในวัสดุสังเคราะห์ที่โดยทั่วไปจะล้มเหลวและเสียหายหลังจากโหลดและความเครียดที่ใช้ทางกลไกซ้ำ ๆ

มัตสึดะและเพื่อนร่วมงานใช้ไฮโดรเจลแบบสองเครือข่ายที่เลียนแบบพฤติกรรมของกล้ามเนื้อตามธรรมชาติ ไฮโดรเจลเหล่านี้ประกอบขึ้นจากโครงข่ายใยพอลิเมอร์ที่พันกันสองเส้น โดยโครงข่ายหนึ่งแข็งและเปราะ และอีกโครงข่ายอ่อนและยืดหยุ่นได้ เมื่อความเครียดถูกนำไปใช้กับระบบ เกลียวที่แข็งจะแตกออก สิ่งนี้จะกระตุ้นปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันแบบโลคัลไลซ์เซชั่นที่เพิ่มการเชื่อมโยงใหม่เข้ากับเครือข่าย ซึ่งทำให้วัสดุแข็งแรงขึ้น โครงตาข่ายที่สองที่อ่อนนุ่มจะคงรูปร่างและรักษาโครงสร้างของเจลจำนวนมาก

ด้วยการยืดตัวที่เพิ่มขึ้น ไฮโดรเจลจะแตกตัวและ “เพิ่มขึ้น” ยิ่งขึ้นไปอีก ความแข็งแกร่งของมันเพิ่มขึ้น 1.5 เท่า และความแข็งแกร่งของมัน 23 เท่า น้ำหนักของโพลีเมอร์เพิ่มขึ้น 86%ไฮโดรเจลและโมโนเมอร์แบบเครือข่ายคู่นักวิจัยใช้ชุดไฮโดรเจลแบบเครือข่ายคู่ที่ประกอบด้วยเกลือโซเดียมโพลี (2-อะคริลามิโด-2-เมทิลโพรเพนซัลโฟนิกแอซิด) (PNaAMPS) เป็นโครงข่ายที่เปราะบาง และโพลิ (อะคริลาไมด์) (PAAm) เป็นโครงข่ายที่ยืดหยุ่นได้ อย่างไรก็ตาม สามารถใช้เจลแบบเครือข่ายคู่ได้หลายประเภท เนื่องจากมีการทำงานในลักษณะเดียวกันเพื่อตอบสนองต่อความเครียดทางกล

จากนั้นพวกเขาวางไฮโดรเจลไว้ในสารละลาย 

“สารอาหาร” ที่มีโมโนเมอร์ เช่น เกลือโซเดียม 2-acrylamido-2-methylpropanesulphonic (NaAMPS) และโมโนเมอร์แบบไตรฟังก์ชันN,N’,N -triacryloyl diethylenetriamine (TADETA) พวกเขายืดตัวอย่างจากความยาวพิกัดเริ่มต้น 15 มม. เป็นความยาวเกจ 90 มม. จากนั้นจึงนำตัวอย่างกลับไปยังตำแหน่งเริ่มต้น กระบวนการขนถ่ายนี้ทำซ้ำตลอดสี่รอบ

คอมโพสิตที่รักษาตัวเองได้สามารถทำให้ผิวหนังหุ่นยนต์มีความยืดหยุ่นได้วัสดุทนทานที่ปราศจากความล้าที่เติบโตได้เองเมื่อวัสดุถูกยืดออก โซ่โพลีเมอร์ที่แข็งและเปราะบางตัวจะแตกหัก ซึ่งนำไปสู่สารเคมีประเภทเมคาโน-แรดิคัล (mechano-radical) ที่ส่วนปลายของโซ่ที่หัก อนุมูลเหล่านี้ทำให้โมโนเมอร์ที่ดูดซับเข้าไปในไฮโดรเจลรวมตัวกันเพื่อสร้างโครงข่ายพอลิเมอร์ ซึ่งทำให้วัสดุแข็งแรงขึ้น กระบวนการนี้คล้ายกับสิ่งที่เกิดขึ้นในกล้ามเนื้อซึ่งจำเป็นต้องได้รับกรดอะมิโน ซึ่งเป็นส่วนประกอบสำคัญของโปรตีน ที่รวมกันเป็นเส้นใยกล้ามเนื้อ มัตสึดะอธิบาย

ทีมงานกล่าวว่างานใหม่ซึ่งมีรายละเอียดในScience  10.1126/science.aau9533สามารถช่วยในการพัฒนาวัสดุทนทานที่ปราศจากความล้าที่เติบโตได้เองเพื่อใช้ในการใช้งานที่หลากหลาย ซึ่งรวมถึงหุ่นยนต์แบบนิ่มที่สามารถปรับให้เข้ากับสภาพแวดล้อมทางกลไกโดยรอบได้ เช่นเดียวกับชุด exosuit ที่ยืดหยุ่นสำหรับผู้ป่วยที่มีอาการบาดเจ็บที่โครงกระดูกที่แข็งแรงขึ้นเมื่อใช้งานมากขึ้น “อย่างไรก็ตาม เพื่อให้บรรลุการใช้งานจริงเหล่านี้ เราจำเป็นต้องปรับปรุงระบบของเราและค้นหาวิธีการจัดหาโมโนเมอร์ที่ยั่งยืนให้กับมัน” มัตสึดะบอกกับPhysics World

การพิสูจน์หลักการเบื้องต้น“ในการทดลองของเรา 

เราได้เตรียมโฟตอนเดี่ยวที่พันกันอยู่ในโหนดทวนสัญญาณ และยืนยันว่าอุปกรณ์ดังกล่าวจะเคลื่อนย้ายเฉพาะข้อมูลควอนตัมแบบไม่สูญเสียข้อมูลโดยไม่ถูกรบกวนจากข้อมูลควอนตัมที่สูญหายโดยรอบ นี่ไม่ใช่แค่การพิสูจน์หลักเบื้องต้นของการวัดแบบเบลล์แบบปรับได้ แต่ยังเป็นหลักการสำคัญของตัวทำซ้ำควอนตัมโฟโตนิกทั้งหมดด้วย”

นักวิจัยบรรลุผลโดยแทนที่หน่วยความจำควอนตัมในตัวทำซ้ำด้วยสถานะกราฟโฟโตนิกซึ่งเป็นสถานะพัวพันของโฟตอนสามตัวซึ่งแสดงด้วยกราฟที่ประกอบด้วยโหนดและขอบ ในสถานะนี้ โหนดจะสัมพันธ์กับอนุภาคและขอบที่เชื่อมต่อโหนดแสดงถึงการพัวพันของควอนตัมระหว่างอนุภาคที่เกี่ยวข้อง

“ตัวอย่างเช่น เพื่อดำเนินการสื่อสารควอนตัมอย่างมีประสิทธิภาพโดยใช้เครื่องทวนสัญญาณควอนตัมทั้งหมดที่อยู่ตรงกลางของใยแก้วนำแสงที่เชื่อมโยงกับผู้ใช้ A และ B สองคน ผู้ใช้เริ่มต้นด้วยการสร้างควอนตัมพัวพันระหว่างระบบควอนตัมและโฟตอนของตนเอง” ยามาโมโตะอธิบาย . “จากนั้นพวกเขาก็ส่งโฟตอนผ่านเส้นใยไปยังตัวทำซ้ำควอนตัมโฟตอนทั้งหมดซึ่งจะสร้างสถานะกราฟโฟโตนิก สถานะถูกวัดโดยใช้โฟตอนอินเตอร์เฟอโรมิเตอร์”

ทีมงานพิสูจน์ให้เห็นว่าเทคนิคนี้ใช้ได้ผลโดยการสร้างสถานะกราฟสามโฟตอนและตรวจจับเฉพาะโฟตอนที่รอดชีวิตจากการเดินทางผ่านช่องแสงได้โดยไม่สูญเสียสู่เครือข่ายควอนตัมออปติคอลทั้งหมด

ตัวทำซ้ำควอนตัมแบบโฟโตนิกทั้งหมดมีข้อดีมากกว่าตัวทำซ้ำควอนตัมมาตรฐาน เขาบอกกับPhysics World “ประการหนึ่ง มันสามารถทำงานได้ที่อุณหภูมิห้อง ประการที่สอง มันไม่ต้องการอินเทอร์เฟซควอนตัมใด ๆ ระหว่างโฟตอนและสสาร เนื่องจากมันอาศัยอุปกรณ์ออปติคัลเพียงอย่างเดียว ท้ายที่สุด มันก็เร็วมากเช่นกัน ทำงานด้วยความเร็วแสง โดยไม่คำนึงถึงระยะการสื่อสาร และใช้พลังงานเพียงเล็กน้อย”

นักวิจัยรายงานงานของพวกเขาในNature Communicationsกล่าวว่าตอนนี้พวกเขาวางแผนที่จะพัฒนาเครื่องกำเนิดโฟตอนกราฟสถานะขนาดใหญ่และวงจรโฟตอนการสูญเสียต่ำพิเศษที่ช่วยให้สามารถวัด Bell แบบปรับเวลาได้บนโฟตอนจำนวนมาก “วงจรเหล่านี้จะช่วยให้เราสามารถขยายเครือข่ายควอนตัมออปติคัลทั้งหมดได้” ยามาโมโตะกล่าว

Credit : เกมส์ออนไลน์แนะนำ >>>สล็อตแตกง่าย