Ученые разрабатывают искусственные мышцы из электроактивных полимеров

Команда ученых из американских, японских и корейских университетов исследует возможность 3D-печати гибких роботизированных приспособлений. В долгосрочной перспективе исследователи надеются применить наработки для создания искусственных аналогов мышечных тканей.Роботы, 3D-печатные и не очень, уже умеют выполнять массу полезных задач: делать уборку, строить автомобили и даже дискутировать о сущности бытия. Но у практически всех роботов есть общая характеристика, нередко ограничивающая их возможности – жесткость конструкции. В то время как люди-человеки способны выполнять всевозможные хитроумные движения благодаря присущей им мягкотелости, роботы обычно изготавливаются из жестких, стойких к деформации материалов, по определению ограничивающих маневренность в тесных местах и гибкость движений в целом. Таким образом, для развития более способной робототехники необходимо принять на вооружение гибкие, эластичные материалы, наделенные механической функциональностью.

Одним из важнейших направлений в «мягкой» робототехнике является создание искусственных мускулов, которые могли бы найти применение не только в робототехнике, но и продвинутом протезировании. Пока что ситуация с искусственными конечностями такова, что существует немало механических и бионических аналогов, внешне похожих на настоящие руки, но неспособных к естественным движениям. Подобные манипуляторы по-своему весьма эффективны, но интегрировать их в человеческий организм может быть затруднительно. Кван Ким, профессор из Университета Невады в Лас-Вегасе, недавно организовал исследовательский проект, направленный на разработку реалистичных робо-мышц, способных революционизировать технологии протезирования. Для этого ему и его команде пришлось не только подобрать подходящий материал, но и найти способы управления и изготовления. В качестве производственного метода была выбрана 3D-печать.

Первым делом Киму и его команде пришлось искать материал, обладающий достаточной гибкостью и прочностью, но при этом поддающийся управлению извне. Возможных вариантов оказалось достаточно много, но исследователи решили остановиться на ионных полимер-металлических композитах. Эти синтетические материалы представляют собой электроактивные полимеры, то есть обладают способностью изменять форму под воздействием электрического напряжения. Электроактивные полимеры имеют несколько полезных особенностей. Во-первых, ими можно управлять с помощью электрических импульсов, а во-вторых, они же могут быть использованы для обратной связи, то есть в качестве датчиков движения. Наконец, ими можно печатать, что делает возможным изготовление компонентов любой требуемой формы. В настоящее время ученые работают над масштабированием 3D-печатного процесса и исследованием новых методов управления полимерными «мышцами». Так как «мягкая» робототехника остается весьма молодой дисциплиной, сами исследователи не уверены, что им предстоит найти. «Каждый день я узнаю что-то новое», – резюмирует Ким.

Проект финансируется Национальным научным фондом США в рамках программы Международного научно-образовательного сотрудничества (PIRE). В проекте принимают участие исследователи из Корейского института передовой науки и технологий (KAIST) и Национального института передовых промышленных наук и технологий Японии (AIST).

Источник