Эластичные, но мощные искусственные мышцы — мечта робототехников. Их создание обещает прорыв в разработке человекообразных роботов и медицине — в протезировании и дистанционной хирургии.

Учёные из Университета Пенсильвании под руководством профессора материаловедения и инженерии Цинг Ванга описали новое исследование в статье журнала Nature Materials, результатом которого названа возможность создания искусственной мышцы из сегнетоэлектрического — его также можно называть ферроэлектрическим — полимера, который изменяет свою форму при воздействии электричества.

Эта разработка может стать крупным достижением в «мягкой» робототехнике, медицине и областях, где требуется точное позиционирование предметов — например, в дистанционной хирургии.

«Мягкая» роботехника — быстро развивающаяся новая отрасль, изучающая движения живых существ и их адаптацию к окружающей среде и моделирующая их поведение роботами. Создание искусственных мышц, гибких и податливых, но способных выдерживать большие нагрузки — одна из главных задач в этой области, так как другие виды актуаторов — устройств, позволяющих частям роботов выполнять круговые либо линейные движения — не способны точно имитировать действие мышц: движения роботов получаются неестественными — резкими и всегда механически одинаковыми. Из-за этого роботам, например, трудно передвигаться по пересеченной местности, когда каждый шаг отличается от предыдущего.

С мышцами, подобными естественным, можно было бы создать человекоподобных роботов нового поколения и совершить настоящий прорыв в протезировании. Для достижения этой задачи чаще всего применяются органические полимеры, реагирующие на различные импульсы. Проблема в том, что для мягких исполнительных материалов, к которым относятся полимеры, характерны незначительные деформации — то есть они недостаточно «сильны» по сравнению с пьезоэлектрической керамикой, пневматикой, гидравликой, использующимися для актуаторов в робототехнике. При этом для изменений в системе, например, для той же деформации полимеров, требуется сильное электрическое управляющее поле.

Исследователи из Пенсильванского университета решили использовать нанокомпозит из полимера (поливинилиденфторида), в состав которого входят наночастицы, способные разогреваться под действием электрического тока. Когда по материалу проходит ток, магнитные наночастицы нагреваются, и материал, поляризованный на границе между частицами и полимером, изменяет свою форму. Другими словами, происходит деформационный фазовый переход: уложенные иначе цепочки полимера становятся короче, и искусственная мышца сокращается.

###QUOTE «Потенциально мы можем получить тип мягкой робототехники, которую мы называем искусственными мышцами. Это позволит нам получить мягкую материю, способную выдерживать большую нагрузку при большой деформации. Таким образом, этот материал будет в большей степени имитировать человеческую мышцу». — прокомментировал сообщение профессор Цинг Ванг.###

Обратим внимание на слово «потенциально»: исследования не завершены, разработку нельзя признать совершенной и готовой к применению. Но идея выглядит перспективной.

Искусственные мышцы для «мягкой» робототехники