Создана искусственная мышца, работающая на жидкости и вакууме

Английские и американские ученые создали искусственную трехкомпонентную мышцу, которая управляется жидкостями, сжимаемыми при отрицательном давлении. 

Чтобы создать недорогую искусственную мышцу, которую можно широко использовать на практике, исследователи разработали модель, основанную на способности жидкостей сжиматься под действием отрицательного давления, сгенерированного при помощи электрического тока.

Модельную «мышцу» собрали из трех частей. В основе мышцы лежал пластиковый полимерный «скелет», сложенный «гармошкой». Покрывала «скелет» растяжимая пленка — герметичная «шкура» для искусственной мышцы. Внутри мышцы находилась жидкость, заполнившая пространство между внутренней поверхностью «шкуры» и ее «скелетом». К мышце подвели трубку, на другом конце которой находился источник вакуума Instron 5544A.

В покое давление жидкости внутри модели такое же, как и снаружи. Когда внутри модели создают вакуум, заполняющая мышцу жидкость начинает сжиматься. В результате возникает разность давлений между внутренней и внешней средой. Из-за этого «шкура» модели сокращается, воздействуя на полимерный «скелет» — гармошку внутри модели. Гармошка сжимается, а модель мышцы — сокращается.

Эксперименты показали, что искусственные мышцы способны сокращаться более чем на 90% от первоначальной длины, развивать усилие свыше 600 кПа (для сравнения: чтобы растереть в пыль блок из пенобетона, достаточно 2,0−7,5 Мпа) и создавать максимальную удельную мощность свыше 2 кВт/кг — это примерно в два раза мощнее, чем мотор электрического велосипеда.

Делать искусственные мышцы можно из недорогих полимерных материалов. В качестве скелета может выступать любая достаточно жесткая складчатая структура — от пружины до шарнирной системы. «Шкуру» можно изготавливать из устойчивых к воздействию жидкостей растяжимых материалов — главное, чтобы эти материалы можно было герметично запаять.

Искусственная мышца получилась не только дешевой и сильной, но и способной гнуться в самых разных направлениях. Если в «скелете» мышцы в определенных местах проделать отверстия, заполнившая мышцу жидкость под воздействием вакуума будет придавать ей различные положения, которые можно заранее продумать и рассчитать. А благодаря «складным» скелетам мышца может поворачиваться на 90 градусов и «наклоняться» на 54%. И все это при использовании одного-единственного источника вакуума.

Исследователи рассчитывают, что недорогая и функциональная искусственная мышца поможет создать массу полезный вещей — от миниатюрных медицинских гаджетов и фантастических экзоскелетов до гигантских исследовательских станций, предназначенных для изучения космоса.