Исследователи создали нановолокна, которые работают как мышечный привод. Новые искусственные «мышцы» оказались эффективнее и гибче, чем существующие аналоги. Свою разработку ученые представили в журнале Nature Nano.
Инженеры из Техасского университета в Остине и Университета штата Пенсильвания использовали для создания мышечных приводов самосборку блок-сополимера в фазе раствора и кристаллизацию, программируемую деформацией. Волокна состоят из четко выровненных наноструктур с чередующимися кристаллическими и аморфными областями, напоминающими упорядоченную и поперечно-полосатую структуру скелетных мышц млекопитающих.
Блок-сополимер — это линейный сополимер, макромолекула которого состоит из регулярно или статистически чередующихся однородных блоков, различающихся по составу или строению. Как отмечают исследователи, для создания мышечных структур требуется поместить созданный ими полимер в растворитель, а затем добавить воду. Одна часть этого полимера гидрофильная (притягивается к воде), а другая часть гидрофобная (стремится избежать контакта с водой). Гидрофобные части полимера группируются вместе, чтобы защитить себя от воды, создавая структуру волокна.
В своей работе исследователи сообщают, что их волокна на 75% более эффективны с точки зрения преобразования энергии в движение, способны выдерживать на 80% большую нагрузку и могут вращаться с большей скоростью и силой, чем современные приводы. Кроме того, новое волокно способно растягиваться в 9 раз без повреждений.
Инженеры полагают, что разработка найдет применение в робототехнике и медицине. Например, новые волокна можно будет использовать во вспомогательном экзоскелете, который помогает людям с ослабленными мышцами восстанавливать движение. Кроме того, наноструктуры можно использовать для создания «самозакрывающей повязки» после хирургических операций. После заживления раны такая повязка полностью растворится.
Вы можете создать из этих волокон руку для робота, которая будет реагировать на раздражители и возвращать энергию, вместо того, чтобы использовать для этого двигатель. Так будет лучше, потому что с механическим управлением у робота будет более мягкое прикосновение.
Маниш Кумар, профессор Инженерной школы Кокрелла и один из авторов исследования
Изображение обложки: University of Texas at Austin
Читать далее
Китайский ИИ предсказывает курс гиперзвуковых ракет. Ответный удар будет с опережением
Раскрыт секрет долголетия. Все дело в экспрессии генов, и вот как можно на нее повлиять
Ученые ищут минералы для электромобилей на дне древнего океана