Учёные из Национального института науки и технологий Ульсана (UNIST, Южная Корея) представили инновационную разработку, которая может радикально изменить будущее мягкой робототехники. Команда исследователей создала искусственную мышцу, способную менять своё механическое состояние — от мягкого и гибкого до твёрдого и прочного, словно резина, превращающаяся в сталь.
Материал автоматически «жестчеет» при высоких нагрузках и вновь становится эластичным, когда требуется сокращение. Такой подход позволил устранить один из главных барьеров в развитии искусственных мышц — необходимость выбора между гибкостью и силой.
Как работает новая искусственная мышца
Разработка профессора Хуна Ыя (Hoon Eui) представляет собой композит весом всего 1,25 грамма. Её основа — двойная полимерная сеть с двумя типами связей:
- ковалентные связи обеспечивают структурную прочность;
- физические взаимодействия, управляемые тепловыми стимулами, позволяют материалу становиться мягким и податливым.
Дополнительную функциональность придают встроенные магнитные микрочастицы с обработанной поверхностью. Благодаря им движение мышцы можно точно контролировать с помощью внешнего магнитного поля. В экспериментах этот механизм продемонстрировал способность поднимать предметы при магнитной активации.
Что делает эту технологию уникальной
Новая мышца способна выдерживать нагрузку до 5 килограммов — примерно в 4 000 раз больше собственного веса, а в мягком состоянии растягивается в 12 раз относительно исходной длины.
По словам профессора Чжона (Jeong), это открытие преодолевает фундаментальные ограничения, с которыми сталкивались предыдущие технологии:
«Ранее искусственные мышцы были либо растяжимыми, но слабыми, либо сильными, но жёсткими. Теперь наш материал совмещает оба качества».
Кроме выдающегося соотношения прочности и гибкости, мышца отличается высокой энергетической эффективностью. Её коэффициент деформации при сокращении достигает 86,4%, что более чем в два раза превышает аналогичный показатель человеческих мышц.
Рабочая плотность новой мышцы составляет 1 150 кДж/м³, что примерно в 30 раз больше, чем у человеческой ткани. Этот параметр показывает, сколько энергии материал может выдать на единицу объёма — достижение, которое долго оставалось недостижимым в этой области.
Почему это важно
Такие искусственные мышцы открывают путь к созданию реалистичных протезов, мягких роботов, способных перемещаться по сложным поверхностям, и умных носимых устройств, которые адаптируются к движениям человека.
По оценке учёных, их технология может стать базой для будущих систем, способных к естественному взаимодействию с человеком и окружающей средой.
Ранее подобные исследования также вели специалисты Массачусетского технологического института (MIT), где создавались мышцы, имитирующие движение радужки глаза. Однако корейская разработка отличается универсальностью и сочетанием двух противоположных свойств — силы и эластичности.
Исследование опубликовано в журнале Advanced Functional Materials.
