Ученые из Гонконга создали искусственные мышцы, которые используют в качестве стимула для движения не электричество, а видимый свет, причем малой интенсивности. В их основе лежит водосодержащий многослойный материал, который высвобождает молекулы воды под действием света и сжимается. Актуатор из этого материала смог поднять вес, превышающий его собственный в сто раз, рассказывают ученые в журнале Science Robotics.

Поскольку электромоторы занимают много места, а также состоят из множества компонентов, исследователи разрабатывают более простые и компактные приводы для роботов — искусственные мышцы. Многие из этих разработок представляют собой пневматические актуаторы или приводятся в действие электричеством. Из-за этого они требуют, чтобы в роботе был установлен компрессор или аккумулятор. Тем не менее, некоторым исследователям удается создать беспроводные актуаторы, приводимые в движение другим способом. К примеру, в 2015 году китайские ученые создали графеновый актуатор, который при нагреве испаряет содержащуюся в нем воду и изгибается. Тем не менее, у такого актуатора есть заметный недостаток — для нагревания авторы использовали инфракрасное излучение.

Исследователи из Гонконгского университета под руководством Альфонсо Нгана (Alfonso Ngan) выбрали похожий подход и создали искусственные мышцы, которым для работы достаточно видимого света. В их основе лежит гидроксид-оксигидроксид никеля (Ni(OH)2-NiOOH). Он известен тем, что в нем между плоскостями кристалла могут находиться молекулы воды. Исследователи показали, что эти молекулы можно высвободить из кристалла под действием света и тем самым добиться сокращения актуатора.

Схема слоев материала. K. W. Kwan et al. / Science Robotics, 2018

Исследователи создали из этого материала искусственные мышцы, добавив к активному веществу слои никеля и золота. Они показали, что получившийся актуатор очень быстро изгибается под действием видимого света, а также не насколько интенсивно при облучении ближним инфракрасным или ультрафиолетовым излучением.

Движение актуатора под действием разного излучения. K. W. Kwan et al. / Science Robotics, 2018

После того, как излучение прекращается, актуатор снова поглощает влагу из окружающей среды и возвращается к исходному состоянию, хотя и не так быстро, как сокращается. Разработчики протестировали свойства актуатора и выяснили, что он может развивать усилие в 65 мегапаскалей, а также наглядно продемонстрировали, как он поднимает груз массой 25 миллиграммов — в примерно сто раз выше собственного.

Подъем груза с массой, на два порядка превышающей массу актуатора. K. W. Kwan et al. / Science Robotics, 2018

В прошлом году американские исследователи создали актуатор из множества слоев дисульфида молибдена. При приложении электрического тока между этими слоями встраиваются ионы из электролита, которые заставляют материал увеличиваться в объеме, а весь актуатор в целом изгибаться. С его помощью ученым удалось поднять груз, весящий в десятки раз больше самого актуатора.

Автор: Григорий Копиев