Учёные построили моторы на искусственных мускулах

Умельцы в Новой Зеландии создали двигатели, в которых валы вращают полимерные мышцы. При этом авторам изобретения удалось обойтись практически без твёрдых деталей.

Линейные приводы на искусственных мышцах учёные отрабатывают много лет, но заставить такие устройства совершать вращательное движение было непросто. Исследователи из лаборатории биомиметики института биоинженерии Окленда (Biomimetics Laboratory) испытали две такие конструкции.

Мягкие моторы пригодятся в широком спектре областей — от роботов до протезов. Причём на медицинскую сферу авторы этих машин возлагают особые надежды (кадр Todd Gisby, Tony Tse).

Искусственные мышцы из Окленда основаны на эластомере-диэлектрике, покрытом слоем проводящей смазки на основе углерода. Когда на эти гибкие электроды подаётся высокое напряжение, в двух проводящих слоях накапливаются противоположные заряды. Они притягиваются друг к другу, заставляя мембрану сжиматься по толщине и растягиваться вширь (иллюстрация Auckland Bioengineering Institute).

Первый мотор основан на принципе планетарной передачи. Его внешняя шестерня связана с тремя искусственными мышцами. Она не вращается, но совершает планетарное движение. Благодаря этому движению внешнее зубчатое колесо входит в зацепление с внутренней шестерёнкой, сидящей вместе с валом на подшипнике, и заставляет её крутиться.

Во втором образце мышечного мотора учёные сумели и вовсе отказаться от жёстких подвижных элементов и даже подшипников. Авторы устройства поместили в центре нескольких лепестков-мышц эластичную резиновую шестерню.

Переключение напряжения между разными лепестками заставило шестерню принять эллиптическую форму, причём главная ось этого эллипса постоянно разворачивалась по кругу. Это движение раскручивало вал, вставленный внутрь гибкой шестерни.

Второй набор мышц-лепестков помог окончательно удерживать вал. Этот прорыв сделал подшипники ненужными, что открыло дверь расширению степеней свободы. В последнем моторе вал не только вращается, он может наклоняться или смещаться из стороны в сторону.

Цель лаборатории — создание мягких машин, полностью лишённых твёрдых частей. Такие устройства обладали бы рядом преимуществ перед классическими.

PhysOrg.com приводит слова руководителя группы Иэйна Андерсона (Iain A. Anderson): «Они лёгкие. Их гибкость уменьшает шанс поломки. Кроме того, живое — в основном мягкое. Если мы хотим создать интерфейс с живыми существами, имеет смысл сделать его мягким».

(Подробности опыта новозеландцы изложили в статье в Applied Physics Letters.)