По удельной мощности и быстроте действия мышцы человека превосходят традиционные электрические или пневматические приводы для роботов. В попытке найти ненадёжным узлам замену учёные придумывают самые необычные типы искусственных мышц.

Чем плохи электромоторы или пневматические (гидравлические) цилиндры в качестве приводов манипуляторов? В них есть подвижные детали, а значит — трение и износ. Очень заманчиво заменить такие приводы чем-то похожим на живую мышцу. Она ведь только сокращается и расслабляется. С виду – просто. Но ничего более надёжного, бесшумного и долговечного для машин и пожелать нельзя.

Да и людям подобные синтетические мышцы пригодились бы: только представьте лёгкий и бесшумный экзоскелет, эффективный протез или даже мышцу-имплантат.

Увы, эффективных искусственных мышц учёные пока не придумали. Те, что есть — по скорости работы уступают живым раз в 100. Но хотя бы в силе превосходят? Если бы. Особой мощности создателям таких мускулов достичь пока не удалось.

Весной этого года прошло первое в мире соревнование по армрестлингу между человеком и искусственными мышцами (трёх типов), закончившееся победой человечества в лице 17-летней девушки.

А там ведь на сцену «выходили» самые свежие разработки в этой сфере: разного вида и принципа действия электроактивные полимеры (электропроводящие и диэлектрики) и даже один полимер-гель, активируемый впрыскиванием кислоты.

Профессор Сидней Йип (Sidney Yip) из отделения материаловедения и инжиниринга Массачусетского технологического института (DMSE) полагает, что нашёл решение как минимум одной проблемы: ускорения работы искусственных мышц. Причём сразу – в десятки тысяч раз.

Синтетические мышцы могут быть хоть в тысячу раз быстрее человеческих мускулов, сообщают авторы новой работы. Да ещё с очень низким энергопотреблением и «бонусом» в виде простоты конструкции.

Отталкивались Йип и его коллеги от уже известных исследований в области электроактивных полимеров.

Как поступали учёные раньше? Брали электропроводные полимеры, добавляли к ним ионы, которые прикреплялись к цепочке, создавая в этом месте небольшой изгиб – солитон.

Теперь, если к нужным местам полимера подводить электрический заряд – солитон будет перемещаться, заставляя цепь изгибаться. Из множества таких цепей тогда можно составить мышцу, реагирующую сокращением на подачу электрического напряжения.

Такой подход (насыщение полимеров ионами) сулит повышение мощности «мышечного волокна», но он же приводит к росту его размеров и массы, и он же, увы, «гарантирует» посредственную скорость сокращения мышцы.

Теперь в MIT вычислили, что добавлять ионы вовсе не нужно. Теоретически, направляя на электропроводную полимерную цепь свет специфической частоты, можно сформировать солитон и управлять его перемещением вдоль цепи.

А без дополнительного веса ионов подобные полимеры могут согнуться или разогнуться намного быстрее.

Пока такие синтетические мышцы существуют лишь в компьютерных моделях. Но они – многообещающие. Во всяком случае, авторы исследования забрались в такие глубины, как уравнение Шрёдингера, поведение электронов в полимерной цепочке, с точки зрения квантовой механики, и так далее.

Работа ещё не завершена. Но, может быть, именно синтетические мышцы, активируемые светом, позволят роботам стать более похожими на людей. А некоторых людей – на роботов.

Категория: Двигатели | Нет комментариев »

Комментарии