Ten by mohl v budoucnu pomoci zachránit mnoho pacientů s poškozeným srdcem, například po infarktu, kteří by jinak museli čekat na náhradní orgán od dárců.
Aktuátor, umělý sval, by se kupříkladu vložil do poškozené komory nebo síně srdce a zajistil by, aby poškozená část nadále pumpovala krev, jako by byla zdravá. Velký potenciál mají aktuátory také pro využití v elektromechanice, robotice a v podstatě všude tam, kde je potřeba zajistit pohyb některé části mechanického zařízení.
Aktuátory, elektromechanické měniče, převádějí informaci na pohyb. Například příkaz o změně směru je aktuátorem převeden na mechanickou energii potřebnou k vychýlení ze současného směru pohybu stroje. Nyní existují aktuátory, které fungují na pneumatické bázi, což vyžaduje přítomnost zařízení na stlačování vzduchu, další používají k pohonu elektromotory. Jiné jsou postavené na vlastnostech moderních materiálů jako například SMA (Shape Memory Alloys) nebo používají metody elektrostrikce či magneto strikce. Mají malý užitečný zdvih, některé jsou relativně pomalé, těžkopádné a vyžadují velké elektrické napětí nebo množství energie.
Nejslibnějším současným vývojovým trendem jsou aktuátory na bázi elektroaktivních elastomerických polymerů (EAP). Tým prof. Ing. Václava Boudy, CSc., tvořený specialisty z Katedry elektrotechnologie Fakulty elektrotechnické ČVUT a 1. lékařské fakulty Univerzity Karlovy, však jde ještě dál. Snaží se navrhnout a vyrobit formu umělého svalu fungujícího na bázi elektroaktivních elastomerických polymerů tvořených nanovlákny podle nově zjištěných fyzikálních principů funkce buněk příčně pruhovaných svalů savců. Tento nový typ v podstatě dosahuje parametrů biologického kosterního svalu, a to mnohem reálněji než konvenční aktuátory nebo v současnosti dostupné aktuátory na bázi EAP. Jeho hlavní výhodou je modulární skladba, umožňující vytváření aktuátorů v rozměrech od nanometrických buněk až po lineární motory velkých strojů. Navíc může využívat o několik řádů nižší ovládací napětí od 0,1 V, mnohonásobně větší velikost zdvihu a vyvíjenou sílu a podstatně nižší výrobní náklady než soudobá řešení.
Využití bude mít tato novinka nejen v kardiochirurgii, kde má potenciál nahradit funkci poškozené části lidského srdce bez nutnosti transplantace orgánu, ale i v chirurgické či ortopedické medicíně jako aktivní implantát. Možné aplikace mohou zasahovat téměř do všech oborů lidské činnosti – aktuátor se určitě uplatní v robotice, elektronice, automobilovém, leteckém a obranném průmyslu, kosmických technologiích a dalších oborech.
Dva roky bude tým prof. Václava Boudy zkoušet různé postupy výroby nového aktuátoru, plánuje vyzkoušet 3D tisk a využití nanovláken liberecké firmy. Zkoumat se bude i samovolný růst nanovláken na speciální podložce. „Nejdokonalejší aktuátor se v přírodě vyvíjel velmi dlouho. První měla před 450 miliony lety po předchozí evoluci trvající také mnoho milionů let v tlamě již prehistorická paryba – sloužil k rychlému stisknutí čelistí, díky čemuž se zřejmě stala predátorem. Lidský sval, biologický lineární aktuátor, je nejdokonalejší. Pokud se nám podaří použít nanovlákna dostatečně tenká, aby kopírovala přirozenou velikost svalových vláken, a pokud bude vyřešen problém zásobování umělého svalu dostatečně velkou elektrickou energií, tomuto ideálu se přiblížíme a můžeme ho i překonat,“ říká profesor Bouda.
Zřejmě jediným větším výrobcem a dodavatelem umělých svalů na bázi EAP je firma Artificial Muscle Inc. (AMI), kterou vlastní společnost Bayer MaterialScience LLC. Pokud výroba umělých svalových buněk podle nového principu nebude uskutečnitelná v rámci ČVUT, může být licence na výrobu nového aktuátoru jako první nabídnuta například této firmě. Koncový trh je velmi široký a závisí jen na míře použití standardních aktuátorů a schopnosti absorpce nového typu.
Vynález je chráněn americkým, japonským a euroasijským patentem, českým užitným vzorem, českou a evropskou patentovou přihláškou.
Převzato z Tecnicallu 3/2014, čtvtletníku Českého vysokého učení technického v Praze
Na fotografii první funkční vzorek aktuátoru pro demonstraci funkce umělého svalu, který byl sestrojen v roce 2008 na Fakultě elektrotechnické ČVUT. V současné době se pracuje na dalších vzorcích, pro jejichž přípravu je třeba používat nanotechnologie.
umely-sval
