Ученые создали искусственную мышцу, более сильную, чем человеческая

Майя Дэвис

14 июля 2022 - Ученые из Калифорнийского университета и некоммерческой организации SRI International экспериментируют с прочным, растягивающимся полимером, чтобы создать искусственную мышцу, которая, по их словам, сильнее и гибче человеческой.

Полимеры - это природные или синтетические вещества, состоящие из крупных молекул и являющиеся строительными блоками многих минералов и материалов, созданных человеком. В данном случае исследователи использовали электроактивные полимеры - полимеры, которые изменяют форму или размер при воздействии электричества. Они стали любимцами инженерного мира и сейчас используются в самых разных технологиях - от роботов-рыб до пылесосов.

Исследователи Калифорнийского университета разработали мышечный материал из диэлектрических эластомеров, типа электроактивного полимера, и представили новый процесс создания искусственных мышц, который, как они надеются, однажды будет применен в мягкой робототехнике и даже в человеческих имплантатах.

"Мы очень рады этому новому материалу", - говорит Цибинг Пей, доктор философии, автор исследования и профессор материаловедения и инженерии Калифорнийского университета. "При максимальной производительности эта искусственная мышца намного мощнее человеческой".

Результаты исследования были опубликованы в этом месяце в журнале Science.

Создание супермускулов

В ходе испытаний исследователи показали, что материал не только может расширяться и сжиматься, как диафрагма человека во время дыхания, но и может подбрасывать мяч размером с горошину в 20 раз тяжелее себя. А синтетические мышцы, созданные из этого материала, были в 3-10 раз более гибкими, чем естественные мышцы, говорится в пресс-релизе о результатах исследования.

Для создания этой сверхчеловеческой мускулистой ткани исследователи взяли обычный, но негибкий материал на основе акрила и использовали процесс полимеризации под ультрафиолетовым светом для получения материала с более высокими характеристиками. В результате получилась 35-микрометровая пленка, тонкая и легкая, как человеческий волос, которая затем наслаивается до 50 раз для создания искусственной мышечной ткани, объясняют авторы.

Искусственная мышца потребляет электрическую энергию, в отличие от человеческих мышц, которые используют для работы химическую энергию из пищи.

"Это имеет много преимуществ", - говорит Пэй. "Им легче управлять, и мы можем активировать и деактивировать материал на более высокой частоте. В случае с человеческими мышцами мы обычно имеем низкую производительность при высокой частоте".

Гибридные люди

Исследователи видят будущее для этой технологии в медицинских имплантатах и мягкой робототехнике. В частности, материал может добавить "чувство осязания" в носимые биомедицинские технологии и помочь тем, кто по состоянию здоровья не может улыбаться или моргать, пояснил Пей в интервью UPI.

"Я думаю, что здесь есть большой потенциал", - сказал он. "Это новый материал, и я думаю, что его применение становится все ближе к реальности".