Новая искусственная мышца сильнее и гибче натуральных

Новая искусственная мышца сильнее и гибче натуральных

Автор: Плаксицкий Даниил
Дата: 19.08.2022
Диэлектрические эластомеры (ДЭ) могут действовать как деформируемые конденсаторы, производящие механическую работу в ответ на электрическое поле. DE часто основаны на коммерческих акриловых и силиконовых эластомерах. Акриловые материалы требуют предварительного растяжения для достижения высокой деформации при срабатывании и не обладают гибкостью обработки. Силиконы обеспечивают технологичность и быстрое реагирование, но вызывают гораздо более низкие напряжения. В этой работе синтезирован перерабатываемый высокоэффективный диэлектрический эластомер (PHDE) с бимодальной сетчатой структурой, а его электромеханические свойства адаптированы путем подбора сшивающих агентов и водородных связей внутри эластомерной сетки. PHDE демонстрирует максимальную поверхностную деформацию 190% и поддерживает деформацию выше 110% при частоте 2 Гц без предварительного растяжения.
Новая искусственная мышца сильнее и гибче натуральных

Пленка из 10 слоев PHDE и 20 приводов. Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе

Исследователи из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) разработали новый материал для создания искусственных мышц , которые сильнее и в 10 раз более гибки, чем естественные мышцы, говорится в пресс-релизе университета . 

Ученые стремились воспроизвести мышцы тела, которые затем можно использовать для создания мягких роботов и новых тактильных технологий с осязанием. Есть много мягких материалов, известных ученым-материаловедам, которые могут выполнять двойную работу: обеспечивать механическую производительность, оставаясь при этом жизнеспособными в условиях высоких нагрузок.

Класс материалов, называемых диэлектрическими эластомерами (DE), обладает как гибкостью, так и прочностью, и они не только легкие по весу, но и обладают высокой плотностью упругой энергии. DE могут быть изготовлены из природных или синтетических соединений и представляют собой полимеры, которые могут изменять размер или форму при приложении электрического поля. Это делает их идеальными материалами для изготовления приводов, то есть машин, которые могут преобразовывать электрическую энергию в механическую работу. 

Что тогда требовало улучшения? 

В настоящее время DE производятся с использованием акрила или силикона, и, хотя они полезны, они также имеют определенные недостатки. DE, изготовленные из акрила, могут выдерживать высокие уровни деформации, но требуют предварительного растяжения и не обладают гибкостью. С другой стороны, силиконовые DE можно легко изготовить, но они не выдерживают высоких нагрузок. 

Работая с некоммерческой организацией SRI International (ранее известной как Стэнфордский исследовательский институт), команда Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе использовала коммерчески доступные химические вещества и процесс отверждения под действием ультрафиолетового (УФ) света для улучшения DE на акриловой основе. 

Исследователи смогли изменить сшивку в полимерных цепях материала, чтобы сделать DE более мягким, гибким и простым в масштабировании без потери прочности или прочности. Изменения в производственном процессе позволили исследователям изготавливать тонкие пленки из ДЭ, которые они называют  перерабатываемым высокоэффективным диэлектрическим эластомером или PHDE. 

Как можно использовать PHDE? 

Пленка PHDE такая же тонкая, как человеческий волос, и такая же легкая по весу. Наложение этих пленок может помочь исследователям создать миниатюрные приводы, которые могут работать как мышечная ткань и производить достаточно механической энергии для питания небольшого робота.

Мягкие материалы были наслоены раньше. Однако метод, используемый для этого, включает использование жидкой смолы, которую необходимо сначала нанести, а затем отвердить. Такой «мокрый» процесс может привести к тому, что в приводе появятся неравномерные слои, что приведет к плохой работе. Вот почему искусственные мышцы, которые вы могли видеть в прошлом, имеют толщину всего в один слой. 

Исследователи Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе также работали над этим аспектом и реализовали сухой процесс, при котором пленки PHDE укладываются слоями с помощью лезвия, а затем отверждаются под действием УФ-излучения. Упрощенный процесс даже позволил исследователям изготовить приводы, напоминающие ноги паука, которые сгибаются, а затем прыгают или даже закручиваются, а затем вращаются. 

Эти новые приводы могут генерировать во много раз большую силу, чем биологические мышцы, и в 3-10 раз более гибкие, чем их естественные аналоги, говорится в пресс-релизе. В ходе демонстрации исследователи показали, что привод может подбрасывать мяч, который в 20 раз превышает его вес. 

« Этот гибкий, универсальный и эффективный привод может открыть ворота для искусственных мышц в новых поколениях роботов или в датчиках и носимых технологиях, которые могут более точно имитировать или даже улучшать человеческие движения и способности», — сказал Кибин Пей, профессор материаловедения. и инженерия в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе. 

Исследование опубликовано в журнале Science . 

Перевод статьи - https://amp.interestingengineering.com/a-new-artificial-muscle-is-stronger-more-flexible-than-natural-ones

115

COMMENTS:

no comments