Мощные искусственные мышцы сделали из лески и швейных ниток

При обычном скручивании мышцы сжимаются при нагревании и возвращаются в исходное состояние при охлаждении. При обратном скручивании - наоборот

(фото University of Texas at Dallas).

Соавтор исследования Марсио Лима

(фото University of Texas at Dallas).

Новые впечатляющие искусственные мышцы изготовлены из самых обычных бюджетных материалов

(фото University of Texas at Dallas).

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.

При обычном скручивании мышцы сжимаются при нагревании и возвращаются в исходное состояние при охлаждении. При обратном скручивании - наоборот
(фото University of Texas at Dallas).

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.

Соавтор исследования Марсио Лима
(фото University of Texas at Dallas).

"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.

Новые впечатляющие искусственные мышцы изготовлены из самых обычных бюджетных материалов
(фото University of Texas at Dallas).

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