Искусственные мышцы, разработанные для подъема предметов, в 4400 раз тяжелее их собственного веса.

(Дэн Три) - Ученые создали новый тип искусственных мышц, которые одновременно гибкие и достаточно сильные, чтобы поднимать тяжелые предметы, открывая новую эру для мягких роботов и носимых устройств.

Новое исследование: гуманоидные роботы могут поднимать предметы в 4000 раз тяжелее своего веса (Иллюстрация: lifescience).

Впервые учёные успешно решили сложную задачу баланса гибкости и силы при создании искусственных мышц. Результаты новаторского исследования были опубликованы в журнале Advanced Functional Materials 7 сентября.

Профессор Хун Ый Чон, специалист по машиностроению из Ульсанского национального института науки и технологий (UNIST) и ведущий автор исследования, подчеркнул: «Это исследование преодолело фундаментальное ограничение традиционных искусственных мышц, которые могут быть только высокоэластичными, но слабыми, или прочными, но жёсткими. Наш композитный материал способен на оба варианта, открывая путь к созданию более гибких мягких роботов, носимых устройств и интуитивно понятных человеко-машинных интерфейсов».

Искусственные мышцы часто ограничены своей гибкостью или жёсткостью. Они должны быть растяжимыми, сохраняя при этом достаточную выходную мощность, иначе плотность их активности будет ограничена. Однако мягкие искусственные мышцы ценятся за свою вариабельность благодаря лёгкости, механической приспособляемости и способности передавать разнонаправленные (движущие) импульсы.

Плотность работы, или количество энергии на единицу объёма, которое может выработать мышца, является серьёзной проблемой для искусственных мышц. Достижение высоких значений в сочетании с высокой сократимостью — цель, к которой учёные всегда стремятся.

Новая искусственная мышца описывается как «высокопроизводительный магнитный композитный актуатор» – сложная химическая комбинация полимеров, связанных вместе для имитации мышечных сил растяжения и расслабления. Один из этих полимеров может варьироваться по жёсткости и встроен в матрицу, содержащую магнитные микрочастицы на поверхности, которыми также можно управлять. Это позволяет приводить мышцу в действие и управлять ею, обеспечивая движение.

Новая конструкция включает в себя два различных механизма сшивания: ковалентную химическую сеть (два или более атома совместно используют электроны для достижения более стабильной конфигурации) и обратимую сеть физических взаимодействий. Эти два механизма обеспечивают мышцам необходимую силу для длительной работы.

Баланс между жёсткостью и эластичностью эффективно достигается благодаря двойной сшивке. Физическая структура дополнительно укрепляется за счёт включения на механическую поверхность микрочастиц неодима (NdFeB), которые могут быть дополнительно функционализированы бесцветной жидкостью (октадецилтрихлорсиланом). Эти частицы диспергированы по всей полимерной матрице.

Синтетическая мышца становится жёсткой при больших нагрузках и размягчается при необходимости сокращения. В жёстком состоянии искусственная мышца весом всего 1,13 грамма способна выдерживать нагрузку до 5 килограммов, что примерно в 4400 раз превышает её собственный вес.

Исследователи утверждают, что человеческие мышцы сокращаются примерно при 40% напряжения, но синтетические мышцы достигли 86,4% напряжения — вдвое больше, чем человеческие. Это позволило достичь плотности работы 1150 килоджоулей на кубический метр — в 30 раз выше, чем та, на которую способна человеческая ткань.

Команда провела испытания на одноосное растяжение, чтобы измерить прочность искусственной мышцы, прикладывая силу натяжения к объекту до тех пор, пока он не сломается, чтобы найти максимальную прочность на растяжение.

Эксперты утверждают, что этот прорыв открывает перспективы для многих областей: от мягкой робототехники, медицинской реабилитации до интеллектуальных носимых устройств и человеко-машинных интерфейсов.

Благодаря своей гибкости и мощности новое поколение искусственных мышц может помочь роботам двигаться более изящно, а также точно поддерживать движения человека в сложных биомедицинских и промышленных приложениях.

Источник: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/phat-trien-co-nhan-tao-nang-vat-nang-gap-4400-lan-trong-luong-20251104053327548.htm