Мощные искусственные мышцы сделали из лески и швейных ниток

Команда инженеров из Техасского университета в Далласе сконструировала мощные искусственные мышцы. Они гораздо сильнее естественных человеческих — способны поднять в сто раз больше веса и генерировать в сто раз больше механической энергии. На самом деле, по производительности они больше напоминают реактивный двигатель: 7,1 лошадиной силы на килограмм. И всё это исключительно благодаря простейшим составляющим конструкции, в которую входят обычные швейные нитки и рыболовные лески.

В своей статье, опубликованной недавно в журнале Science, исследователи объясняют, что такая мощь достигается благодаря скручиванию и наматыванию лески из высокопрочного полимера и швейных ниток.

Мышцы "питаются" за счёт тепловой энергии из-за перепада температур, который можно достигнуть при поглощении света или в ходе химической реакции. Скручивание полимерного волокна преобразует его в мыщцу, способную вращать тяжёлый ротор со скоростью около 10 тысяч оборотов в минуту.

Последующее дополнительное скручивание полимерной лески конвертирует её в мышцу, которая резко сжимается вдоль своей длины при нагревании, но возвращается в исходное состояние при дальнейшем охлаждении. Интересно, что если скрутить леску в обратном направлении от изначального, то всё будет наоборот — она сожмётся при охлаждении и растянется при нагревании.

По сравнению с природными мышцами, которые способны сократиться лишь на 20%, искусственные умеют сокращаться до 50% от изначальной длины. При этом они ещё и очень выносливые, то есть не теряют своей производительности даже после нескольких миллионов сеансов механической нагрузки.

"Возможных применений для этих полимерных мышц может быть очень много. Мы видим их будущее в умных протезах, носимых экзоскелетах, конечностях роботов и любых других механических системах, конструкция которых ограничена по весу, но нуждается в высокой мощности и выносливости", — говорит соавтор исследования доктор Рэй Боман (Ray Baughman) из Института нанотехнологий при Техасском университете в Далласе.

Авторы разработки рассказывают, что каждая полимерная леска, диаметр которой всего в 10 раз больше ширины человеческого волоса, способна в одиночку поднять около 8 килограммов веса. Скрученные вместе, подобно природным человеческим мышечным волокнам, сотня лесок образует столь высокую подъёмную силу, что они могут легко поднять и удержать 0,8 тонны дополнительного веса.

Для обеспечения питания полимерных мыщц исследователи использовали обычные швейные нитки, покрытые тонким металлическим слоем и вплетённые в общий массив скрученных лесок. В принципе, для этого можно было бы использовать и полностью металлические провода, однако из-за этого вся конструкция становится дороже.

"При практических применениях этого дополнения можно легко избежать: искусственные мышцы, если они, к примеру, встроены в конечность робота, могут питаться от перепадов температур окружающей среды", — поясняет ведущий автор исследования Картер Хейнс (Carter Haines).

Как поясняют инженеры в пресс-релизе, свойство изменения механических свойств мышцы при перепадах температур может быть использовано и в другой области — при производстве комфортной адаптирующейся под погоду одежды. Или ещё интереснее: полимерные мышцы могут реагировать на изменения температуры окружающей среды и открывать или закрывать двери на улицу, к примеру, в теплице.

Также по теме:
Искусственная мышца смогла поднять вес в 80 раз больше собственного
Прозрачная искусственная мышца сыграла музыку
Искусственные мышцы из вощёных углеродных нанотрубок поразили учёных своей прочностью
Американцы натренировали мышцы перед пересадкой в организм
Учёные заставили синхронно сокращаться тысячи наномашин