Розроблено штучні м'язи, здатні піднімати предмети, вагу яких у 4400 разів перевищує їхню власну вагу.

(Ден Трі) - Вчені створили новий тип штучного м'яза, який є одночасно гнучким і достатньо міцним, щоб піднімати важкі предмети, відкриваючи нову еру для м'яких роботів і носимих пристроїв.

Нове дослідження: Людиноподібні роботи можуть піднімати предмети, вагу яких у 4000 разів перевищує вагу їхнього тіла (ілюстрація: livescience).

Вперше вчені успішно вирішили складну проблему балансування гнучкості та сили в конструкції штучних м'язів. Новаторські результати дослідження були опубліковані в журналі Advanced Functional Materials 7 вересня.

Професор Хун Ей Чжон, експерт з машинобудування в Ульсанському національному інституті науки і технологій (UNIST) та провідний автор дослідження, наголосив: «Це дослідження подолало фундаментальне обмеження звичайних штучних м’язів, які можуть бути лише дуже розтяжними, але слабкими, або міцними, але жорсткими. Наш композитний матеріал може робити і те, і інше, відкриваючи двері до більш гнучких м’яких роботів, носимих пристроїв та інтуїтивно зрозумілих інтерфейсів людина-машина».

Штучні м'язи часто обмежені своєю гнучкістю або жорсткістю. Вони повинні бути розтяжними, але при цьому забезпечувати достатню вихідну потужність, інакше їхня щільність активності буде обмежена. Однак м'які штучні м'язи цінуються за свою варіабельність завдяки легкій вазі, механічній адаптивності та здатності передавати різноспрямовані (рухливі) актуатори.

Щільність роботи, або кількість енергії на одиницю об'єму, яку може видавати м'яз, є головною проблемою для штучних м'язів. Досягнення високих значень разом із високою скоротливістю – це мета, до якої вчені завжди прагнуть.

Новий штучний м'яз описується як «високопродуктивний магнітний композитний актуатор» – складна хімічна комбінація полімерів, з'єднаних разом для імітації сил розтягування та розслаблення м'язів. Один із цих полімерів може мати різну жорсткість і вбудований у матрицю, що містить магнітні мікрочастинки на своїй поверхні, якими також можна керувати. Це дозволяє м'язу діяти та контролювати його, створюючи рух.

Нова конструкція включає два окремі механізми зшивання: ковалентну хімічну мережу (два або більше атомів спільно використовують електрони для досягнення стабільнішої конфігурації) та мережу оборотної фізичної взаємодії. Ці два механізми забезпечують м'яз силою для тривалої роботи.

Баланс між жорсткістю та еластичністю ефективно вирішується завдяки подвійній зшитій архітектурі. Фізична мережа додатково зміцнюється шляхом включення типу мікрочастинок (NdFeB) на механічну поверхню, які можна додатково функціоналізувати за допомогою безбарвної рідини (октадецилтрихлорсилан). Ці частинки розподілені по всій полімерній матриці.

Синтетичний м'яз твердне під великими навантаженнями та розм'якшується, коли йому потрібно скоротитися. У своєму жорсткому стані штучний м'яз, який важить лише 1,13 грама, може витримувати вагу до 5 кілограмів, що приблизно в 4400 разів перевищує його власну вагу.

Дослідники стверджують, що людські м'язи скорочуються при напрузі близько 40%, але синтетичний м'яз досяг напруження 86,4% – вдвічі більше, ніж людський м'яз. Це дозволило досягти щільності роботи 1150 кілоджоулів на кубічний метр – у 30 разів вище, ніж здатна виконувати людська тканина.

Команда провела одноосьові випробування на розтяг, щоб виміряти міцність штучного м'яза, застосовуючи силу натягу до об'єкта, доки він не зламався, щоб визначити максимальну міцність на розтяг.

Експерти кажуть, що цей прорив відкриває перспективи для багатьох галузей, від м’якої робототехніки та медичної реабілітації до розумних носимих пристроїв та інтерфейсів людина-машина.

Завдяки своїй гнучкості та потужності, нове покоління штучних м'язів може допомогти роботам рухатися більш граціозно, а також точно підтримувати рухи людини у складних біомедичних та промислових застосуваннях.

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