Стабильные и эффективные роботизированные искусственные мышцы, созданные на основе новых комбинаций материалов.

Приводы, преобразующие электрическую энергию в движение или силу, играют ключевую роль в повседневной жизни, хотя часто остаются незамеченными. В частности, приводы на основе мягких материалов в последние годы привлекли научное внимание благодаря их легкому весу, бесшумной работе и биоразлагаемости. Простой подход к созданию мягких приводов предполагает использование структур из нескольких материалов, таких как «карманы» из гибких пластиковых пленок, наполненных маслами и покрытых проводящим пластиком.

Под воздействием электрической активации пленка вытесняет жидкость и сжимает карман, подобно биологическому мышца. Эту систему можно использовать для создания искусственных мышц для роботов, регулируемой оптики или тактильных поверхностей. Однако до сих пор применение постоянной электрической активации позволяло только кратковременные сокращения мышц, что представляло собой существенное ограничение для практического применения.

Исследователь Ион-Дан Сырбу из Scuola Superiore Sant’Anna, бывший докторант Университета Тренто под руководством Джакомо Моретти и Марко Фонтана, начал исследовать этот феномен во время исследовательского периода в Университете Иоганна Кеплера в Линце.

Совместно с австрийской исследовательской группой Ион-Дан Сырбу разработал систему, которая позволяет точно измерять силу в этих приводах.

«Во время моего исследования распространенных комбинаций материалов, — объясняет Ион-Дан Сырбу, — я также экспериментировал с пластиковой пленкой, которую мой сокурсник Дэвид Пренингер использовал в своей работе над биоразлагаемыми искусственными мышцами. Как только мы заметили, что этот материал может поддерживать постоянную силу в течение сколь угодно длительного периода времени, мы поняли, что сделали важное открытие».

С тех пор команда работала над теоретической моделью и провела углубленную характеристику материалов. Стало очевидно, что ключевые экспериментальные результаты можно точно описать с помощью простых моделей.

«Прелесть нашей модели в ее простоте и в том, что она не ограничивается существующими приводами. Мы считаем, что наши результаты обеспечат научное сообщество с помощью простого, но мощного инструмента для проектирования и исследования новых систем», — говорит Дэвид Пренингер, соавтор статьи и аспирант кафедры физики мягких материалов Университета Иоганна Кеплера, описывая недавнюю опубликовано исследования в Природная электроника.

«Что интересно, мы не только сделали эту технологию более функциональной, но и наше исследование позволяет идентифицировать комбинации материалов, которые приводят к тысячекратному снижению энергопотребления», — добавляет профессор Кальтенбруннер.

Используя выявленные комбинации материалов, ученые успешно разработали и эксплуатируют различные типы искусственных мышц, оптику с переменным градиентом и тактильные дисплеи.

Профессор Фонтана подчеркивает: «Понимание фундаментальных механизмов, лежащих в основе мягкие приводы как установлено в этом исследовании, имеет потенциал совершить значительный скачок в области вспомогательных устройств, автоматических машин и мобильных роботов для наземных, морских и космических исследований. Все эти сектора находятся в поиске недорогих, высокопроизводительных решений, которые также будут способны обеспечить низкое потребление и воздействие на окружающую среду для обеспечения устойчивости».