Штучні м’язи: революційні розробки в Швейцарії
В Швейцарії, в Федеральній лабораторії матеріалознавства, сертифікації та технологій (Empa), намагаються створити штучні м’язи, що здатні конкурувати з натуральними. Це революційне досягнення в галузі робототехніки має потенціал для різноманітних застосувань, адже штучні м’язи можуть не лише забезпечувати рух роботів, але й у майбутньому підтримувати людей у їхній щоденній діяльності, а також замінювати ушкоджену м’язову тканину.
Складнощі в створенні ефективних штучних м’язів
Створення ефективних штучних м’язів є складним технологічним завданням. Вони повинні бути потужними, еластичними й м’якими, щоб максимально точно імітувати природні м’язи. У основі цих штучних м’язів знаходяться актуатори — компоненти, які перетворюють електричні імпульси на механічну дію. Актуатори використовуються в багатьох сферах, від побутової техніки до промисловості, але їх нагадування м’язів ще не досягнуто.
Дослідження в галузі м’яких матеріалів
Група дослідників з лабораторії функціональних полімерів Empa займається актуаторами з м’яких матеріалів, зокрема діелектричними еластичними актуаторами, які складаються з двох різних силіконових матеріалів — провідного та непровідного. У процесі їх роботи, коли до електродів підключається електричний струм, актуатор скорочується, подібно до справжнього м’яза, а при знятті напруги повертається в початковий стан.
Виклики 3D-друку штучних м’язів
На відміну від стандартних механізмів, виклики в 3D-друку цих структур є значними. Дослідник Empa, Патрик Даннер, зазначає, що хоча ці два м’які матеріали мають протилежні електричні властивості, вони повинні поводитися подібно під час друку. Важливо, щоб матеріали не змішувалися, але при цьому мали міцне з’єднання у готовому виробі. Такі «м’язи» повинні бути максимально м’якими, щоб електричний стимул міг викликати необхідну деформацію.
Адаптація до вимог 3D-друку
Водночас, адаптація до вимог, які пред’являються до всіх матеріалів для 3D-друку, також є викликом. Матеріали повинні бути здатними до спікання під тиском, щоб їх можна було вичавлювати через сопло принтера, а після цього швидко набути в’язкості, щоб утримувати напечатану форму. Згідно з даними, отриманими від Empa, досягти балансу між цими взаємовиключними властивостями — складне завдання. «Якщо ви оптимізуєте одну зі складових, три інші зазвичай змінюються… зазвичай в гірший бік», — резюмує Даннер.
Перспективи розвитку штучних м’язів
Наукові розробки в цій галузі надзвичайно актуальні, адже за прогнозами, ринок робототехніки продовжить зростати, перевищуючи $500 мільярдів у найближчі роки. За словами аналітиків, штучні м’язи можуть стати ключем до створення більш автономних і адаптивних роботизованих систем, що, в свою чергу, відкриє нові можливості у медицині, реабілітації та багатьох інших сферах. Успіхи команди Empa підкреслюють важливість міждисциплінарних досліджень і розробок у технології, які можуть вплинути на наше повсякденне життя.
