Согласно сообщениям швейцарских СМИ, исследователи этой страны разработали прорывной метод 3D-печати для создания мягких приводов, которые сокращаются у роботов при напряжении, как мышцы, и расслабляются при отключении. Эти диэлектрические эластичные приводы (DEA) изготавливаются из материалов на основе силикона, сочетающих проводящие электроды с непроводящими диэлектриками во взаимосвязанных слоях. По сообщению исследователей Швейцарской федеральной лаборатории материаловедения и технологии (EMPA), инновация позволяет эффективно производить сложные, гибкие компоненты, продвигая мягкую робототехнику и интеллектуальные материалы. “Однажды они могут быть использованы в медицине или робототехнике", - говорится в заявлении исследователей.
Ученые уверены, что такие искусственные мышцы могут в один прекрасный день помочь повысить мобильность инвалидам или заменить поврежденные ткани. Однако воспроизведение реальных функций мышц остается сложной задачей. Чтобы соответствовать биологическим мышцам, искусственные аналоги должны быть мощными, эластичными и мягкими. Они в основном зависят от приводов, которые являются частями, преобразующими электрическую информацию в движение. Хотя приводы часто используются в автомобильных двигателях и различных промышленных системах, их традиционные конструкции являются жесткими и они лишены гибкости, присущей реальным мышцам.
Чтобы преодолеть эту проблему и приблизить практическое применение искусственных мышц в робототехнике, протезировании и вспомогательных технологиях, исследователи говорят, что для создания приводов, которые двигаются естественным образом, необходимы новые материалы и производственные процессы. Важный шаг вперед был сделан исследователями из Лаборатории функциональных полимеров EMPA, которые разработали технологию 3D-печати мягких приводов.
По словам членов команды, проводивших эти исследования, такие приводы состоят из взаимосвязанных слоев двух материалов на основе силикона: проводящего электрода и непроводящего диэлектрика. При подаче напряжения привод сокращается подобно мышце и расслабляется при снятии напряжения.
Печать таких конструкций является сложной задачей, поскольку материалы должны оставаться различными, быть достаточно мягкими для электрической активации и соответствовать требованиям 3D-печати - размягчаться под давлением для экструзии, но, в то же врем, быстро затвердевать для сохранения формы.
Исследователи из EMPA в сотрудничестве с ETH Zurich разработали инновационный метод 3D-печати мягких приводов, позволяющий преодолеть множество противоречивых свойств материалов. Используя специально разработанные чернила и насадку специальной конструкции, они успешно создали функциональные искусственные мышцы.
Как сообщается, эта работа является частью проекта Manufhaptics, целью которого является создание перчатки-протеза, чтобы при захвате пользователи могли чувствовать виртуальные предметы.
Как отмечают швейцарские ученые, эти мягкие приводы могут иметь несколько применений. В частности, они являются возможной заменой обычным приводам в ряде механизмов, в промышленном оборудовании и роботах, поскольку они компактны, бесшумны и невероятно гибки по форме. По мнению команды, их адаптивность и возможность настройки позволяют их применять в медицине, в частности, при протезировании.
Недавно разработанный метод увеличивает возможности создания мягких материалов за счет печати длинными эластичными нитями в создании сложных конструкций. В конечном итоге эти разработки могут привести к созданию приводов, которые будут очень похожи на то, как работают мышцы. “Если нам удастся сделать их чуть тоньше, мы сможем приблизиться к тому, как работают настоящие мышечные волокна”, - заявила в научной статье для EurekAlert Дорина Оприс, руководитель исследовательской группы "Функциональные полимерные материалы" в EMPA. Ученые надеются, что, возможно, когда-нибудь им удастся напечатать целое сердце из этих волокон.
