Разработаны искусственные мышцы, которые «чувствуют» и сокращаются
Ученые Лондонского университета королевы Марии разработали новый тип электрических искусственных мышц переменной жесткости, обладающих способностью чувствовать деформацию.
Доктор Кетао Чжан, ведущий автор работы, объясняет важность этой технологии: «Наделение роботов, особенно изготовленных из гибких материалов, способностью к самоощущению — важнейший шаг на пути к настоящему бионическому интеллекту».
Созданная исследователями искусственная мышца обладает гибкостью и растяжимостью, схожими с естественными мышцами, что делает ее идеальной для интеграции в сложные мягкие робототехнические системы. Она способна адаптироваться к различным геометрическим формам. Искусственная мышца выдерживает растяжение более чем на 200% по длине и демонстрирует исключительную долговечность при сгибании.
Как устроена искусственная мышца
При подаче различных напряжений искусственная мышца может менять свою жесткость более чем в 30 раз. Это дает значительное преимущество в скорости реакции по сравнению с другими типами искусственных мышц. Кроме того, новая технология позволяет отслеживать деформацию мышцы по изменению сопротивления, ей не нужны дополнительные датчики, а это упрощает механизмы управления и снижает стоимость.
Процесс изготовления чувствительной искусственной мышцы прост и надежен. Углеродные нанотрубки смешиваются с жидким силиконом с помощью технологии ультразвукового диспергирования и равномерно покрываются с помощью пленочного аппликатора для создания тонкослойного катода, который также служит чувствительной частью искусственной мышцы. Анод изготавливается с помощью резки мягкой металлической сетки, а исполнительный слой помещается между катодом и анодом. После отверждения жидких материалов формируется полноценная чувствительная искусственная мышца переменной жесткости.
Новые мышцы для робота и человека
Потенциальные возможности применения этой гибкой технологии с переменной жесткостью очень широки — от мягкой робототехники до медицины. Бесшовная интеграция с человеческим телом открывает возможности для помощи инвалидам и пациентам в выполнении необходимых повседневных задач. Благодаря интеграции искусственной мышцы носимые роботизированные устройства могут отслеживать активность пациента и оказывать сопротивление, регулируя уровень жесткости и способствуя восстановлению функций мышц в процессе реабилитационных тренировок.
«Несмотря на то, что до внедрения медицинских роботов в клиническую практику еще предстоит решить ряд проблем, данное исследование представляет собой важный шаг на пути интеграции человека и машины», — подчеркивает доктор Чжан.
Главное преимущество нового подхода — простота изготовления искусственных мышц. Это может сделать их доступными во многих приложениях, в том числе медицинских.