Американские ученые из обычных швейных ниток и рыболовной лески сконструировали мощные искусственные мышцы. По сравнению с человеческими, искусственные мышцы способны поднять в сто раз больше веса и генерировать в сто раз больше механической энергии.
По производительности искусственные мышцы сравнимы с реактивным двигателем: 7,1 лошадиной силы на килограмм. И всe это исключительно благодаря простейшим составляющим конструкции, в которую входят обычные швейные нитки и рыболовные лески. Секрет такой прочности команда инженеров из Техасского университета в Далласе объясняет скручиванием и наматыванием лески из высокопрочного полимера и швейных ниток.
Мышцы "питаются" за счeт тепловой энергии из-за перепада температур, который можно достигнуть при поглощении света или в ходе химической реакции. Скручивание полимерного волокна преобразует его в мыщцу, способную вращать тяжёлый ротор со скоростью около десять тысяч оборотов в минуту.
Дополнительное скручивание полимерной лески конвертирует ее в мышцу, которая резко сжимается вдоль своей длины при нагревании, но возвращается в исходное состояние при дальнейшем охлаждении. При этом, если скрутить леску в обратном направлении от изначального, то все будет наоборот – она сожмётся при охлаждении и растянется при нагревании.
По сравнению с природными мышцами, которые способны сократиться лишь на 20%, искусственные умеют сокращаться до 50% от изначальной длины. При этом они ещё и очень выносливые, то есть не теряют своей производительности даже после нескольких миллионов сеансов механической нагрузки.
"Возможных применений для этих полимерных мышц может быть очень много. Мы видим их будущее в умных протезах, носимых экзоскелетах, конечностях роботов и любых других механических системах, конструкция которых ограничена по весу, но нуждается в высокой мощности и выносливости", – цитирует журнал Science соавтора исследования доктора Рэя Бомана из Института нанотехнологий при Техасском университете в Далласе.
А свойство изменения механических свойств мышцы при перепадах температур может быть использовано при производстве комфортной адаптирующейся под погоду одежды. Кроме того, полимерные мышцы могут реагировать на изменения температуры окружающей среды и открывать или закрывать двери на улицу, к примеру, в теплице. Авторы разработки рассказывают, что каждая полимерная леска, диаметр которой всего в десять раз больше ширины человеческого волоса, способна в одиночку поднять около восьми килограммов веса. Скрученные вместе, подобно природным человеческим мышечным волокнам, сотня лесок образует столь высокую подъёмную силу, что они могут легко поднять и удержать 0,8 тонны дополнительного веса.
Для обеспечения питания полимерных мыщц исследователи использовали обычные швейные нитки, покрытые тонким металлическим слоем и вплетённые в общий массив скрученных лесок. В принципе, для этого можно было бы использовать и полностью металлические провода, однако из-за этого вся конструкция становится дороже. Однако, по словам авторов исследования, при практических применениях этого дополнения можно легко избежать: искусственные мышцы, если они, к примеру, встроены в конечность робота, могут питаться от перепадов температур окружающей среды.
