Углеволокно превратили в мощные искусственные мышцы

Ученые из США и Франции создали искусственные мышцы, способные поднимать груз с массой в 12,6 тысячи раз больше их собственной. Они состоят из углеродных волокон и полимера, скрученных в спиральную нить, и приводятся в действие электрическим током, который заставляет нить сокращаться, пишут разработчики в журнале Smart Materials and Structures.

Практически все современные устройства и роботы приводят в движение электромоторы или двигатели внутреннего сгорания. Поскольку это довольно большие и сложные системы с множеством механических деталей, исследователи разрабатывают альтернативные приводы — искусственные мышцы. Несмотря на довольно большое количество разработок в этой области, многие из них сложны и дороги в производстве, имеют малую мощность.

Самех Тавфик (Sameh Tawfick) из Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне и его коллеги разработали искусственные мышцы на основе углеволокна. Для их изготовления нужен пучок из нескольких тысяч переплетенных между собой углеродных волокон, напоминающий по строению паклю. Он погружается в раствор полидиметилсилоксана, а затем скручивается в нить и на сутки ставится в печь, где полимер застывает. В результате получается скрученная нить, сохраняющая свою форму без внешних воздействий.

Для того, чтобы превратить такую нить в актуатор, ее снова скручивают и превращают в спираль. После этого через нее пропускают электрический ток, который разогревает нить и заставляет ее расширяться. Из-за этого угол закрутки самой нити увеличивается, что приводит к увеличению угла закрутки спирали из этой нити, а значит заставляет ее сокращаться. Такого же эффекта можно добиться без электричества, смочив нить гексаном, который использовался для растворения полимера при создании нити.

Ученые выяснили, что нить сокращается достаточно сильно, чтобы ее можно было использовать качестве электрического актуатора. Он может сокращаться на четверть и выдерживать нагрузки до 60 мегапаскалей. Помимо этого, они могут поднимать груз с массой, превышающих их собственную в 12600 раз. Ученые продемонстрировали способности своей разработки на видео. В конце записи можно видеть, как нить массой 1,6 грамма поднимает бутылку с водой массой 1,9 килограмма:

В 2016 году американские ученые смогли превратить нейлоновую рыболовную леску в искусственные мышцы, которые могут не только менять свою форму вдоль, но и изгибаться в разные стороны. Их можно приводить в действие лазером и за счет этого управлять направлением движения конкретных областей.

Григорий Копиев