Ученые из Швейцарской федеральной лаборатории материаловедения и технологии (Empa) разработали метод 3D-печати мягких и эластичных искусственных мышц, которые способны имитировать работу настоящих. Эта технология может найти применение в медицине, робототехнике и других сферах, где требуется создание движущихся компонентов.
Искусственные мышцы работают на основе так называемых приводов (актуаторов) — элементов, которые превращают электрические сигналы в движение. В отличие от традиционных жестких механических деталей, новые приводы состоят из мягких материалов. Они сделаны из двух видов силиконов: один проводит электричество, а другой действует как диэлектрик. При подаче напряжения такая «мышца» сокращается, а после выключения возвращается в исходное состояние.
Процесс 3D-печати таких структур оказался сложным. Разные по свойствам материалы должны вести себя одинаково при печати, не смешиваясь, но при этом надежно сцепляться друг с другом. Кроме того, напечатанные мышцы должны быть достаточно мягкими, чтобы реагировать на электрические импульсы, но при этом сохранять форму после печати.
Эта технология разрабатывается в рамках проекта Manufhaptics, в котором также участвуют ученые из ETH Zurich. Одна из целей проекта — создание перчатки, позволяющей ощущать виртуальные объекты с помощью искусственных мышц. Однако применение технологии может быть намного шире.
Мягкие приводы легкие, бесшумные и могут принимать любую форму. Они могут заменить традиционные механизмы в автомобилях, станках и роботах. В будущем, по мнению ученых, такие искусственные мышцы могут использоваться и в медицине, например, для восстановления двигательной функции человека.
Исследователи уже работают над созданием более тонких волокон, приближающихся по свойствам к настоящим мышцам. По словам ведущего ученого Дорины Оприст, однажды такая технология может позволить напечатать даже целое сердце, хотя до этого еще предстоит долгий путь.
Empa