Разработаны новые искусственные мышцы: сильные и быстрые, как у роботов в кино
Не всегда сила и скорость исключают друг друга, но совместить эти качества совсем не просто
В боевике «Тихоокеанский рубеж» гигантские роботы «Егеря» сражаются с огромными живыми монстрами, чтобы спасти человечество. Эти роботы имитируют живые тела и оснащены искусственными мышцами. Егеря побеждают монстров за счет силы и скорости.
Исследования, цель которых дать роботам искусственные мышцы, подобные тем, что показаны в фильме ведутся очень давно. Но добиться и силы и скорости в одном устройстве до сих пор не удавалось, поскольку механическая прочность (сила) и проводимость (скорость) полимерного электролита — ключевых материалов, приводящих в движение актуатор (в данном случае — искусственные мышцы), — имеют характеристики, которые друг другу противоречат.
Исследовательская группа корейского университета POSTECH разработала новую концепцию полимерного электролита с различными функциональными группами, расположенными на расстоянии 2Å (2 ангстрема). Этот полимерный электролит способен как к ионному, так и к водородному взаимодействию, что открывает возможность разрешения этих противоречий.
Искусственные мышцы: сила и скорость
Искусственные мышцы используются для того, чтобы роботы двигали конечностями естественно, как люди. Для управления этими искусственными мышцами требуется управляющий привод, работающий при низком напряжении. Но из-за природы полимерного электролита, используемого в приводе, сила и скорость не могут быть достигнуты одновременно, потому что увеличение мышечной силы замедляет скорость переключения, а увеличение скорости снижает силу.
Чтобы преодолеть эти ограничения была разработана концепция бифункционального полимера. За счет формирования одномерного ионного канала шириной несколько нанометров внутри полимерной матрицы, твердой как стекло, получен суперионный полимерный электролит, обладающий как высокой ионной проводимостью, так и механической прочностью.
Результаты этого исследования могут изменить и мягкую робототехнику и носимые технологии, поскольку их можно применить для разработки мощной искусственной мышцы, которая работает от портативной батареи (1,5 В) и производит переключение за несколько миллисекунд.