Команда исследователей в Южной Корее разработала искусственную мышцу, способную поднимать 4000 раз больше собственного веса, что является значительным достижением в робототехнике и технологии мягких материалов. Инновация, описанная в исследовании, опубликованном 7 сентября в журнале Advanced Functional Materials, может проложить путь к более универсальным человекоподобным роботам, носимым устройствам и интуитивно понятным интерфейсам человека и машины.
Прорыв заключается в уникальной способности мышцы быть одновременно гибкой и прочной — качествах, которые давно было трудно объединить в искусственных системах. Ранее искусственные мышцы часто сталкивались с компромиссом: они либо были высокоэластичными, но слабыми, либо сильными, но жесткими. Этот новый композитный материал преодолевает это ограничение путем интеграции двух различных механизмов поперечного связывания и магнитных микрочастиц, что позволяет точно контролировать его жесткость и движение.
Искусственная мышца, весом всего 1,13 грамма, может поддерживать до 5 килограммов — примерно в 4400 раз больше собственного веса. Она также достигает напряжения 86,4%, более чем в два раза превышающего человеческое, и плотности работы 1150 килоджоулей на кубический метр, в 30 раз выше, чем у человеческого материала. Эти возможности были измерены с помощью одноосной растяжимости, которая оценивает, как материалы реагируют на усилия при вытягивании.
Двойная архитектура поперечного связывания — объединяющая ковалентные химические связи с обратимыми физическими взаимодействиями — повышает долговечность, а магнитные микрочастицы на поверхности могут управляться бесцветной жидкостью, позволяя динамически регулировать жесткость. Этот дизайн позволяет мышце имитировать человеческое движение, сохраняя при этом превосходную прочность и адаптивность.
«Эта работа преодолевает фундаментальное ограничение, при котором традиционные искусственные мышцы либо высокоэластичны, но слабые, либо сильные, но жесткие», — объяснил ведущий исследователь Хун Оуи Чонг, профессор механической инженерии Ульсанского национального института науки и технологий. «Наш композитный материал может делать и то, и другое, открывая дверь к более универсальным мягким роботам и носимым устройствам».
Имеющие значение последствия этого прорыва выходят далеко за рамки робототехники. Обеспечивая более интуитивные взаимодействия человека и машины, а также адаптивную носимую технологию, искусственная мышца может трансформировать отрасли, от здравоохранения до производства, приближая нас к бесшовной интеграции человека и машины.
