Ученые разработали «искусственные мышцы», работающие от переменного тока

Специалисты лаборатории управляемых бионических систем Сеченовского Университета разработали искусственные мышцы на основе гидрогеля из поливинилового спирта, которые активируются переменным током. Об этом «Газете.Ru» рассказали в Первом МГМУ им. Сеченова.

Разработанные мышцы состоят из актуаторов — это части механизма, которые умеют сокращаться, сгибаться или расширяться. Раньше актуаторы имели низкую скорость срабатывания, а также при превышении электрического напряжения могли легко выйти из строя.

Чтобы решить эти проблемы, ученые разработали актуаторы на основе гидрогеля из поливинилового спирта, активируемого переменным током. При воздействии переменного тока ионы не движутся к электродам, а колеблются на месте, поэтому происходит равномерный нагрев всего гидрогеля и изменение формы актуатора. Чтобы достичь необходимого эффекта требуется около трех 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», — объяснил «Газете.Ru» старший научный сотрудник лаборатории управляемых бионических систем Тарек Дайюб.

Чтобы контролировать изменение формы, ученые использовали эластичный материал и два типа внешних армирующих сеток со специальной геометрией плетения. Актуатор с армирующей сеткой в виде спирали способен растягиваться до 60%, а актуатор с плетеной сеткой способен сокращаться более чем на 20%.

Мышцы получились легкими и бесшумными, с хорошими механическими свойствами и способные выдерживать большие нагрузки. Они будут полезны не только в медицинской области для создания бионических протезов и реабилитационных устройств, но и для задач мягкой робототехники и аэрокосмической промышленности.