Люди

Искусственные мышцы из обычной рыболовной лески

21.02.2014
Искусственные мышцы из обычной рыболовной лески Обычно технологические новинки создаются с применением экзотических и, соответственно, очень дорогих материалов. Но не в этом случае. Международная команда исследователей сообщила о создании искусственных мышц на основе обычной рыболовной лески. Искусственные мышцы могут найти свое применение в производстве протезов, экзоскелетов и гуманоидных роботов. Так что появление недорогой технологии в этой сфере может поспособствовать появлению множества интересных технических новинок на рынке.

Вообще, термин "искусственные мышцы" объединяет под собой разнообразные материалы, способные сокращаться, расширяться или вращаться под действием тепла, электричества или других стимулов. А как только действие стимула прекращается, материал возвращается к своей исходной форме. Один из возможных подходов к созданию искусственных мышц это сплавы с памятью формы, например никелево-титановые. Проблема лишь в том, что стоит такой материал около 5 000$ за килограмм. Даже еще более эффективны искусственные мышцы на основе пряжи из полых карбоновых трубок (однослойных нанотрубок). Но это тоже очень дорогая технология.

Рэй Боман, химик из Техасского Университета, провел годы, работая над искусственными мышцами из однослойных нанотрубок. Скрученная карбоновая нить стремится вернуться к исходному состоянию, возвращая приложенную энергию. Это подобно тому как скрученная резинка вращает пропеллер игрушечного вертолетика. Но в данном случае систему приводит в движение электрический импульс.

Успех с нанотрубками натолкнул Бомана на мысль о том, нельзя ли аналогичным образом использовать какой-нибудь другой, более дешевый синтетический материал. Секрет успеха в данном случае заключался в том, что все нановолокна располагались параллельно друг другу (так же как волокна настоящих мышц) и были способны менять длину. Таким образом под действием тока все нанотрубочки реагировали согласовано и нить сокращалась. Такая же структурная особенность характерна для обычного нейлона, полимерные цепочки которого ориентированы вдоль волокна. И Боман решил выяснить, не может ли нейлон работать как искусственные мышцы.

Результат превзошел самые смелые ожидания. Боман и его коллеги из Техаса, Австралии и Китая работали над пластиковыми волокнами, скручивая их в нити. Оказалось, что такая пряжа способна сокращаться на 50% под действием тепла и возвращаться к исходному состоянию при охлаждении. Для сравнения, настоящие мышцы сокращаются всего на 20% своей длины. Связка волокон общим диаметром всего в 10 раз больше диаметра человеческого волоса способна поднять 7,2 кг. И производить такие искусственные мышцы возможно на основе самого заурядного материала ценой всего в 5$ за килограмм.