нови

Изкуствена ръка с малък изкуствен мускул
MIT/Полина Аникеева

Изследователите отдавна експериментират с материали за създаване изкуствени мускули които могат да бъдат полезни при производството на миниатюризирани медицински устройства, роботика и интелигентен текстил, които реагират на промените в тяхната среда. Сега три различни екипа са успели да разработят обещаващи прототипи. Статии, публикувани от Наука, можете да намерите тук, тук и тук.

И трите екипа са разработили изкуствени мускули по сходен принцип: че навитата субстанция може да се разтегне както естественият мускул. Идеята е разработена от Рей Баугман и колегите му от Тексаския университет, който установи, че усукването на материал, толкова прост като конците за шиене, може да създаде мускулеста структура, която поради своя размер може да повдигне предмети до 1000 пъти по-тежки.

Три подхода

Сега екипът на Baughman е разработил по-здрави влакна, използвайки също толкова евтини материали като бамбук или коприна. Изследователите навиват материалите в бобина и ги покриват с вещество, което може да реагира на топлина или електрохимични промени, което може да доведе до свиване и движение на получения мускул.

Друг екип, воден от Полина Аникеева от Масачузетския технологичен институт (MIT) е създал двустранно полимерно влакно, което може да се активира с топлина и може да повдигне повече от 650 пъти собственото си тегло. Отделни снопчета влакна могат да вдигат още по-големи товари, точно както техните биологични аналози.

Изследователите твърдят, че могат да произвеждат този изкуствен мускул в големи количества в мащаб от стотици метри, с странични размери, вариращи от микрони до милиметри. Което означава, че технологията може да се използва във всичко - от медицински микро-роботи до леки протезни крайници.

И накрая, Джинкай Юан от университета в Бордо (Франция) и колегите му създадоха своите влакна графен и полимер. Екипът създаде несвързан, високоенергиен микромотор, съставен от нанокомпозитни влакна с памет за форма. Тези влакна са плетени, за да съхраняват механична енергия, която след това може да се освободи чрез прилагане на малка промяна в температурата.


Усукани PVA влакна.
Jinkai Yuan и сътр

„Привързаният контрол е огромно предизвикателство за днешната роботика, особено за имплантите и подводните превозни средства“, казва Юан. "Нашата концепция осигурява нов път за безпроблемно активиране, управление и задвижване в роботиката", добавя той.

Изследователите са направили своите усукани нанокомпозитни влакна с памет от полимер с поливинил алкохол (PVA) с памет като форма, напълнена с диспергирани тромбоцити от графенов оксид. Нанолистовете от графенов оксид играят важна роля за подобряване на усукващите свойства на влакното благодарение на тяхната уникална твърда 2D структура. Това позволява на влакното да съхранява повече механична енергия във влакното, преди да се счупи.

Проблеми за решаване

Все още има дълъг път, за да направим изкуствените мускули толкова ефективни, колкото хората. В момента влакната използват само около 3% от енергията, която се влага в изкуствените мускули, а останалата част се губи като топлина.

След като този проблем бъде решен, има надежда, че тези изкуствени мускули могат да предложат евтини и тънки алтернативи на обемистите електрически двигатели, които в момента се използват за захранване на много устройства.

Две групи изследователи са се опитвали да създадат изкуствени мускули в миналото, но с различни методи. Група от Columbia Engineering изработи синтетичен мек мускул, използвайки 3D печат. А екип от Харвард използва прости материали, за да създаде прототип, който се свива при намаляване на налягането.

Виктор Роман
Тази новина първоначално беше публикувана през N + 1, наука, която добавя.