Ученые из США и Франции создали искусственные мышцы, способные поднимать груз с массой в 12,6 тысячи раз больше их собственной. Они состоят из углеродных волокон и полимера, скрученных в спиральную нить, и приводятся в действие электрическим током, который заставляет нить сокращаться, пишут разработчики в журнале Smart Materials and Structures.

Практически все современные устройства и роботы приводят в движение электромоторы или двигатели внутреннего сгорания. Поскольку это довольно большие и сложные системы с множеством механических деталей, исследователи разрабатывают альтернативные приводы — искусственные мышцы. Несмотря на довольно большое количество разработок в этой области, многие из них сложны и дороги в производстве, имеют малую мощность.

Самех Тавфик (Sameh Tawfick) из Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне и его коллеги разработали искусственные мышцы на основе углеволокна. Для их изготовления нужен пучок из нескольких тысяч переплетенных между собой углеродных волокон, напоминающий по строению паклю. Он погружается в раствор полидиметилсилоксана, а затем скручивается в нить и на сутки ставится в печь, где полимер застывает. В результате получается скрученная нить, сохраняющая свою форму без внешних воздействий.

University of Illinois Department of Mechanical Science and Engineering

Для того, чтобы превратить такую нить в актуатор, ее снова скручивают и превращают в спираль. После этого через нее пропускают электрический ток, который разогревает нить и заставляет ее расширяться. Из-за этого угол закрутки самой нити увеличивается, что приводит к увеличению угла закрутки спирали из этой нити, а значит заставляет ее сокращаться. Такого же эффекта можно добиться без электричества, смочив нить гексаном, который использовался для растворения полимера при создании нити.

Принцип работы актуатора. Caterina Lamuta et al. / Smart Materials and Structures, 2018

Ученые выяснили, что нить сокращается достаточно сильно, чтобы ее можно было использовать качестве электрического актуатора. Он может сокращаться на четверть и выдерживать нагрузки до 60 мегапаскалей. Помимо этого, они могут поднимать груз с массой, превышающих их собственную в 12600 раз. Ученые продемонстрировали способности своей разработки на видео. В конце записи можно видеть, как нить массой 1,6 грамма поднимает бутылку с водой массой 1,9 килограмма:

В 2016 году американские ученые смогли превратить нейлоновую рыболовную леску в искусственные мышцы, которые могут не только менять свою форму вдоль, но и изгибаться в разные стороны. Их можно приводить в действие лазером и за счет этого управлять направлением движения конкретных областей.

Автор: Григорий Копиев