Ученые разработали прочный материал для гибких искусственных мышц

Ученые-материаловеды Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (США) и их коллеги из некоммерческого научно-исследовательского института SRI International разработали новый материал и производственный процесс для создания искусственных мышц, которые сильнее и гибче биологических. Исследование опубликовано в журнале Science, о результатах рассказывает Рhys.org.

«Создание искусственной мышцы, которая может работать, чувствовать силу и прикосновение — одна из главных задач науки и техники», — сказал Кибин Пей, профессор материаловедения и инженерии инженерной школы Самуэли Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, автор статьи.

Чтобы мягкий материал можно было использовать в качестве искусственной мышцы, он должен быть способен вырабатывать механическую энергию и оставаться жизнеспособным в условиях высокой нагрузки.

Используя коммерчески доступные химические вещества и ультрафиолетовый свет, исследовательская группа создала материал на основе акрила, который является гибким, поддающимся настройке и простым в производстве без потери прочности и долговечности. Акриловая кислота способствует образованию большого количества водородных связей, тем самым делая материал подвижным. Исследователи также отрегулировали сшивание между полимерными цепями, что позволило эластомерам стать более мягкими и гибкими.

Полученная тонкая диэлектрическая эластомерная пленка затем помещается между двумя электродами для преобразования электрической энергии в движение. Пленки наслаиваются с помощью лезвия, а затем затвердевают под действием УФ-излучения, делая слои однородными.

Пленка такая же тонкая и легкая, как человеческий волос — толщиной около 35 микрометров. Когда несколько слоев сложены вместе, они становятся миниатюрным электродвигателем, который может действовать как мышечная ткань и производить достаточно энергии для движения маленьких роботов.

«Этот гибкий, универсальный и эффективный привод может открыть ворота для искусственных мышц в новых поколениях роботов или в датчиках и носимых технологиях, которые могут более точно имитировать или даже улучшать человеческие движения», — сказал Пей.

Искусственные мышцы могут генерировать большее усилие, чем биологические, и также демонстрируют в 3–10 раз большую гибкость. Исследователи показали способность привода подбрасывать шарик размером с горошину в 20 раз тяжелее его самого. Привод также может расширяться и сжиматься, как диафрагма, при включении и выключении напряжения.

Это поможет создать мягких роботов с улучшенной подвижностью и выносливостью, а также новые гаджеты с чувством осязания.