Специалисты лаборатории управляемых бионических систем Сеченовского Университета Минздрава России разработали «искусственные мышцы» на основе гидрогеля поливинилового спирта, активируемые переменным током. Легкие и бесшумные устройства с хорошими механическими свойствами способны выдерживать большие нагрузки. Они будут полезны для создания бионических протезов, реабилитационных устройств, а также для задач мягкой робототехники и аэрокосмической промышленности.
Созданные устройства представляют собой актуаторы (устройства), способные под воздействием электричества к набуханию, сжатию или изгибу. При воздействии переменного тока ионы не движутся к электродам, а колеблются на месте, поэтому происходит равномерный нагрев всего гидрогеля и изменение формы актуатора; для этого требуется около 3 секунд.
«Гидрогели состоят из полимера поливинилового спирта и воды. Когда мы воздействуем на гидрогель переменным током, ионы воды начинают локально вибрировать, что приводит к нагреванию всего гидрогеля. В результате нагревания в определенном диапазоне температур вода резко переходит в газообразное состояние и выделяется из гидрогеля. Когда воздействие тока прекращается, вода быстро абсорбируется обратно. Гидрогель покрыт эластичной герметичной оболочкой, которая в процессе расширяется, подобно надуваемому воздушному шарику. Чтобы расширение происходило линейно, мы использовали два типа внешних армирующих сеток – плетеную и в виде спирали», — пояснил старший научный сотрудник лаборатории управляемых бионических систем Тарек Дайюб.
Актуаторы имеют низкую скорость активации (срабатывания). Они очень чувствительны к величине напряжения тока и при превышении электрического напряжения могут легко выйти из строя. Чтобы контролировать изменение формы, ученые использовали эластичный материал и два типа внешних армирующих сеток со специальной геометрией плетения.
В ближайшее время ученые планируют найти способ снизить электрическое напряжение, необходимое для активации актуаторов — сейчас актуаторы способны работать в диапазоне электрического напряжения 50÷200 В и частоты тока 50÷500 Гц. Исследователям предстоит выяснить, как сделать использование новых актуаторов более безопасным, сохранив при этом функциональность. Искусственные мышцы созданы в Сеченовском университете в рамках программы Минобрнауки России «Приоритет 2030» (нацпроект «Наука и университеты»).
