А в чем тренд?
Полимеры играют важную роль в жизни человека. Контактные линзы, бахилы, протезы, инструменты для хирургии, наногели для доставки лекарств, хирургические нити, искусственные органы, создание искусственных мышц — все это лишь небольшая часть примеров применения полимеров.
Актуаторы — компоненты, которые преобразуют электрические импульсы в движение. Примеры таких устройств — двигатель автомобиля, а также хватающие механизмы роботов.
Однако эти жесткие механические компоненты пока не похожи на человеческие мышцы. Чтобы не уступать по свойствам настоящим, они должны быть эластичными и мягкими.
Как ученые создают искусственные мышцы
Группа исследователей из Лаборатории функциональных полимеров в Швеции Empa работает над созданием актуаторов из мягких материалов. Они разработали метод производства таких сложных компонентов с помощью 3D-принтера. Их эластичные актуаторы состоят из двух различных материалов на основе силикона: проводящего электродного материала и непроводящего диэлектрика. Эти материалы соединяются между собой слоями. Если на электроды подается электрическое напряжение, привод сокращается, как мышца. Когда напряжение отключается, он расслабляется и возвращается в исходное положение.
Как отмечают исследователи, несмотря на совершенно разные электрические свойства, два мягких материала должны вести себя похоже в процессе печати. Они не должны смешиваться, но при этом важно, чтобы они держались вместе в готовом приводе. Напечатанные «мышцы» нужно сделать более мягкими, чтобы электрический стимул мог вызвать необходимую деформацию. Материалы также должны разжижаться под давлением, чтобы их можно было выдавить из сопла принтера. А еще они должны быть достаточно вязкими, чтобы сохранять напечатанную форму.
«Эти свойства часто находятся в прямом противоречии. Если оптимизируете одно из них, три других изменяются, и обычно в худшую сторону», — пишут авторы технологии. Команде удалось «подружить» некоторые из этих свойств. Они создали специальные чернила, которые после 3D-печати превращаются в эластичные приводы.
Будущее технологии
У технологии большой потенциал, считают исследователи. Во-первых, такие мышцы легкие и им можно придать любую форму. Во-вторых, они могут заменить обычные приводы в автомобилях, машинах и робототехнике.
При дальнейшем развитии их можно будет использовать и в медицине: эти волокна подойдут для создания сердца. «Если нам удастся сделать их чуть тоньше, мы сможем довольно близко подойти к тому, как работают настоящие мышечные волокна», — пишут авторы.