Исследователи из Национального института науки и технологий Ульсана (UNIST) в Южной Корее представили инновационный материал, который может стать основой для будущих поколений роботов. Это искусственная мышца нового типа — гибкий и в то же время прочный полимер с микрочастицами магнитов, обладающих эффектом памяти формы. По словам авторов, если бы такие мышцы имел человек, он смог бы одной рукой удержать слона.

Прорыв в области искусственных мышц

Главная сложность в создании синтетических мышц всегда заключалась в балансе между гибкостью и силой. Ранее инженерам приходилось жертвовать одним ради другого: либо материал легко растягивался, но был слишком слабым, либо обладал прочностью, но почти не деформировался.

Команда из UNIST сумела преодолеть этот барьер. Они создали композит на основе стеарилметакрилата, дополненный неодим-железо-борными микрочастицами (NdFeB). Эти частицы позволяют управлять жёсткостью материала с помощью температуры и магнитного поля — по сути, «включать» и «выключать» силу мышцы в реальном времени.

Как работает новая технология

Искусственная мышца формируется методом двойной сшивки полимера:

• химическая сшивка обеспечивает прочность за счёт молекулярных связей;

• физическая — создаётся при кристаллизации, что придаёт материалу упругость.

При нагревании мышца становится мягкой. В этом состоянии её помещают в магнитное поле, где частицы NdFeB выстраиваются в нужном порядке. После охлаждения материал «запоминает» форму. В дальнейшем достаточно включить магнитное поле — и мышца возвращается к запрограммированной конфигурации.

Этот механизм позволяет ей не только имитировать реальные мышцы, но и значительно превосходить их по физическим характеристикам.

Испытания и результаты

Тесты показали впечатляющие показатели:

• удлинение до 1274 % — то есть более чем в 12 раз от исходной длины;

• сжатие на 86,4 %, что вдвое превышает возможности человеческой мышцы;

• механическая работа — 1150 кДж/м³, примерно в 30 раз больше, чем у биологической ткани;

• изменение жёсткости — от 213 кПа (как у резины) до 292 МПа (как у твёрдого пластика).

Полоска материала массой всего 1,2 грамма в жёстком состоянии выдерживает нагрузку до 5 килограммов, а в мягком — до 1 килограмма при растяжении.

Потенциал и ограничения

Несмотря на то что технология пока далека от промышленного внедрения, она открывает большие возможности для мягкой робототехники. Такие мышцы могут использоваться:

• в гуманоидных роботах, способных поднимать грузы, в тысячи раз превышающие их вес;

• в экзоскелетах и медицинских протезах, где важна комбинация силы и гибкости;

• в домашних помощниках, безопасно взаимодействующих с людьми.

Учёные признают, что остаются технические трудности. Основные проблемы связаны с медленной реакцией материала на нагрев и охлаждение, а также с необходимостью создания мощных магнитных полей для активации «мышечной памяти». Эти вопросы требуют дальнейших исследований.

Будущее роботики

Работа корейских специалистов приближает нас к тому, чтобы роботы могли двигаться, работать и взаимодействовать с окружающим миром почти как живые существа. Новый материал — не просто шаг вперёд, а, возможно, начало новой эры в развитии умных, адаптивных и безопасных машин, которые объединяют силу и гибкость природы с точностью инженерной мысли.