Искусственная мышца меняет жесткость под действием напряжения

2 августа 2023 г. Материалы Конна Гастингса, реабилитация, хирургия

Ученые из Лондонского университета Королевы Марии разработали искусственную мышцу, которая может меняться с мягкой на твердую в ответ на изменение напряжения. Целью технологии является имитация человеческих мышц как в их движениях, так и в способности воспринимать силы и деформации. Мышца сделана с использованием углеродных нанотрубок, покрытых силиконом для формирования катода, который также может воспринимать силы, и анода, изготовленного из мягкой металлической сетки, образующей активирующий слой между анодом и катодом. Полученная искусственная мышца может плавно переходить от мягкой к твердой форме, сокращаясь при этом и ощущая при этом собственную деформацию. Исследователи надеются, что эта технология будет иметь неоценимое значение для медицинских мягких роботов, например, в компонентах роботизированных протезов или реабилитационном оборудовании.

Мягкая робототехника имеет огромный потенциал в медицинской сфере. Гибкая и податливая природа этих роботизированных компонентов означает, что они хорошо подходят для взаимодействия с мягкими тканями, не вызывая повреждений, в отличие от более жестких электрических компонентов. Однако на сегодняшний день во многих мягких робототехнических системах используются приводы пневматического типа, в которых сжимающие силы, действующие на заключенные в них газы или жидкости, создают движение.

Это имеет свое применение, но не точно имитирует наши мышцы, которые функционируют совершенно по-другому за счет действия мышечных волокон, плавно переходя мышцу от мягкой к твердой при ее сокращении. Более того, простые приводы имеют ограниченную способность чувствовать окружающую среду и измерять силу, которую они оказывают, и силы, которые на них действуют.

Эта новейшая искусственная мышца выводит мягкое роботизированное управление на новый уровень. Он обладает такой же гибкостью и растяжимостью, что и естественные мышцы, выдерживает 200% растяжение по своей длине и может переходить от мягкого к твердому, при этом жесткость меняется в 30 раз, поскольку он сокращается под воздействием электрического напряжения. Его электрическая чувствительность также означает, что он может срабатывать быстрее, чем обычные мягкие приводы.

«Наделение роботов, особенно изготовленных из гибких материалов, возможностями самоощущения является ключевым шагом на пути к настоящему бионическому интеллекту», — сказал Кетао Чжан, исследователь, участвовавший в исследовании. «Хотя еще предстоит решить проблемы, прежде чем этих медицинских роботов можно будет использовать в клинических условиях, это исследование представляет собой решающий шаг на пути к интеграции человека и машины. Он представляет собой основу для будущего развития мягких и носимых роботов».

Исследование в журнале Advanced Intelligent Systems: искусственная мышца с электрическим самочувствием и переменной жесткостью.

Источник: Лондонский университет королевы Марии

Конн Гастингс

Конн Гастингс получил докторскую степень в Королевском колледже хирургов в Ирландии за свою работу в области доставки лекарств, исследуя потенциал инъекционных гидрогелей для доставки клеток, лекарств и наночастиц при лечении рака и сердечно-сосудистых заболеваний. После получения докторской степени и завершения года постдокторских исследований Конн продолжил карьеру в академической публикации, а затем стал штатным научным писателем и редактором, сочетая свой опыт в области биомедицинских наук со страстью к письменному общению.