Искусственные мягкие мышцы из пластика: новая технология для роботов
Роботы уже давно перестали быть просто металлическими конструкциями с жесткими суставами и проводами. Современная робототехника стремится к тому, чтобы сделать машины более похожими на живые организмы, которые могут гибко и ловко двигаться в разных условиях. Для этого нужны не только умные компьютеры, но и специальные двигатели, которые называются актуаторами. Актуаторы — это устройства, которые превращают электричество в силу или движение. Самые распространенные актуаторы — это электромоторы, которые крутят колеса или вращают рычаги. Но есть и другие виды актуаторов, которые работают по принципу биологических мышц. Это так называемые мягкие актуаторы, которые состоят из гибких материалов и могут сжиматься или растягиваться под воздействием электричества. Такие актуаторы имеют много преимуществ перед обычными: они легкие, тихие, биосовместимые и могут создавать более естественные и сложные движения. Это очень важно для роботов, которые должны общаться с людьми или адаптироваться к окружающей среде.
Однако создание мягких актуаторов — это не простая задача. Нужно подобрать такие материалы, которые хорошо проводят электричество, но при этом не теряют свою гибкость и прочность. К тому же, нужно обеспечить стабильность и эффективность работы актуаторов, чтобы они не перегревались и не изнашивались. В этом направлении сделали большой прорыв ученые из Италии и Австрии, которые нашли новые комбинации материалов, которые позволяют создавать искусственные мышцы для роботов, которые могут работать долго и без потерь. Их исследование было опубликовано в журнале Nature Electronics.
Авторы статьи использовали простую и дешевую технологию, которая заключается в том, что они брали тонкие пластиковые пленки, наполняли их маслами и покрывали их проводящими пластиками. Получалась многослойная структура, которая напоминала карман или мешочек. Когда на эту структуру подавался электрический импульс, пленка деформировалась и выталкивала жидкость из кармана, тем самым сжимая его. Это очень похоже на то, как работает настоящая мышца, которая сокращается, когда в нее поступает сигнал от нервов. Такая система может быть использована для создания разных видов искусственных мышц для роботов, а также для других устройств, например, для регулировки фокуса в оптике или для создания тактильных экранов, которые могут менять свою форму и текстуру.
Но самое главное открытие ученых заключается в том, что они нашли такие комбинации материалов, которые позволяют поддерживать постоянную силу в актуаторах в течение очень долгого времени. Раньше такие актуаторы могли сокращаться только в течение нескольких секунд, а потом возвращались в исходное состояние. Это было связано с тем, что электрическое поле в пленке не было равномерным, а имело местные пики, которые вызывали перегрев и разрушение материала. Новые материалы, которые использовали ученые, имеют более гладкую и однородную структуру, которая распределяет электрическое поле равномерно и предотвращает перегрев. Благодаря этому актуаторы могут работать в течение часов, дней или даже месяцев без потери силы и эффективности. Кроме того, новые материалы позволяют снизить энергопотребление актуаторов в тысячи раз, что делает их более экономичными и экологичными.
Ученые продемонстрировали работу своих искусственных мышц на разных примерах, таких как робот-палец, который может поднимать и опускать предметы, робот-рыба, который может плавать в воде, и робот-цветок, который может раскрывать и закрывать свои лепестки. Также они показали, как можно использовать их технологию для создания оптических линз, которые могут менять свою кривизну и фокус, и для создания тактильных дисплеев, которые могут менять свою форму и текстуру в зависимости от того, что показывают на экране. Все эти примеры показывают, что искусственные мышцы для роботов — это не фантастика, а реальность, которая уже меняет наш мир. Новые материалы и технологии открывают новые возможности для создания роботов, которые могут быть более гибкими, адаптивными и дружелюбными к окружающей среде. Это, в свою очередь, может принести множество преимуществ для человечества в разных сферах жизни, от медицины и промышленности до искусства и развлечений.