Искусственные мышцы на основе кремния - новый подход к мягкой роботике
Инженеры из Университета Колумбии создали искусственную мышцу, которая может поднимать в 1000 раз больше собственного веса.
За последние десять лет в нашей технологии мягкой робототехники произошли значительные прорывы: от модернизации программного обеспечения до небольших и более компактных гидравлических и газовых роботов. За эти десять лет наша вычислительная мощность увеличилась во много раз. Однако, как и в большинстве других технологий, цель заключалась в том, чтобы сделать нашу мягкую роботику меньшей, более точной и мощной. Ученые способствуют уменьшению размеров механических компонентов по-прежнему остается большой проблемой.
Большой разрыв между вычислительной мощностью и механическими компонентами создал важный шаг в исследованиях мягкой робототехники, особенно в альтернативных материалах. Одна из этих областей исследований нацелена на тиражирование мышц человека, чтобы потенциально решить проблемы масштабирования по размеру и мощности с нашими текущими проектами.
Наша современная мягкая роботизированная технология основана на пневматических и гидравлических системах, которые могут быть практичными, но обычно требуют больших внешних компонентов, таких как компрессор. Это может быть чрезвычайно сложно сократить до практических уровней.
Исследовательская статья, опубликованная в журнале Nature, описывает новый подход к созданию легко масштабируемых синтетических мышц, которые могут поднимать в 1000 раз больше собственного веса.
Создание эластомерных «мышц»
Команда исследователей из Columbia Engineering использовала материал, известный как силиконовый эластомер, и смешала его с этанольным раствором до 20%. Этанол образует пузырьки внутри кремния при комнатной температуре, создавая активную жидкость, которая может быть возбуждена при повышении температуры.
Вот картина раздувания мышц
Если на материал подается достаточное напряжение, этанол внутри силиконового эластомера будет кипеть и расширяться. Корпус для материала затем испытывает достаточное давление для увеличения его объема, и когда этанол охлаждается, материал затем уменьшает объем. Этот процесс создает легко контролируемое расширение и сжатие материала, который может работать в качестве исполнительного механизма. Синтетическая мышца способна расшириться до девятикратного первоначального размера при нагревании до 176 градусов по Фаренгейту, используя только 8 вольт через проволоку.
«Наш мягкий функциональный материал может служить прочной мягкой мышцей, возможно, революционизируя то, как сегодня разрабатываются мягкие роботизированные решения», - сказал ведущий автор Аслан Мириев. «Это может подталкивать, тянуть, изгибать, крутить и поднять вес. Это самый близкий эквивалент искусственного материала, который мы имеем к естественной мышце».
Перспективное начало, несмотря на проблемы
До тех пор, пока технология не увидит практическое применение, еще предстоит пройти долгий путь. Хотя материал способен многократно увеличивать его размер (а также поднимать значительное количество веса), это расширение произошло в течение минуты. Это развитие может стать значительным шагом в области мягкой робототехники и увидеть широкий спектр приложений, особенно в медицине.
Возможно, самая интригующая часть их разработки заключается в том, что устройство было создано с использованием 3D-принтера, который мог одновременно печатать два материала. Это открывает потенциал как для промышленного, так и для потребительского производства. Привод вообще был относительно дешевым для производства, но пока он не в руках потребителей.