Искусственная мышца поднимет вес в 12,6 тысячи раз больше своего

Группа исследователей из Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне (США) опубликовала статью о новой разработке. Самех Тавфик (Sameh Hani Tawfick) с коллегами изобрел материал для искусственных мышц, рекордный по грузоподъемности: нить массой в 1,6 грамма поднимает вес в 1,9 килограмма.

Большинство современных движущихся устройств используют двигатели — электрические или внутреннего сгорания — со значительным количеством деталей, что снижает их надежность. Тема искусственных мышц давно интересует ученых и инженеров, но разработки сложны для массового производства, много стоят и обычно маломощны. До сих пор рекорд кратности поднимаемой массы составлял тысячекратное превышение собственного веса «мышцы». Изобретение иллинойцев способно поднять груз, в 12,6 тысячи раз превышающий собственный вес. На видео нить диаметром 0,4 миллиметра, длиной 0,9 метра и массой в 1,6 грамма поднимает бутыль с полугаллоном воды (один галлон — 3,7854 литра).

Полученный материал прочный, выдерживает 60 МПа механического давления и может удлиняться на 25 процентов. Показатель удельной работы — 622 Дж/кг, то есть эффективность в 15 раз выше, чем у натуральной ткани.

Основа искусственных мышц — углеродные волокна, несколько тысяч которых переплетены в пучок. Заготовку погружают в полидиметилсилоксан. Это линейный кремнийорганический полимер, известный пластификатор для эластомеров, который используют в лакокрасочной промышленности, производстве диэлектриков, термостойких смазок и так далее. Пропитанный полимером пучок волокон скручивают и подвергают термообработке на протяжении суток. Затем заготовку скручивают спиралью, получая «пружину», которую можно применять для приложения силы к предметам. Дополнительное преимущество нового материала — возможность активации двумя способами. Первый (и основной) — сокращение при пропускании электрического тока. Подвод напряжения увеличивает угол закрутки спирали, что приводит к сокращению длины «пружины». 

Второй возможный способ: обработка нити растворителем гексаном — в этом случае происходит набухание полимера. Этот вариант редко используют для практических целей. Главный недостаток изобретения — медленное сокращение волокон, как это наглядно показано на видео. Но практическое применение не всегда требует скорости перемещения — зачастую мощность важнее.