Компания Samsung Electronics в сотрудничестве с Университетом Аджоу разработала многофункциональный искусственный мышечный привод нового поколения. Чрезвычайно лёгкая и компактная «мышца» способна поднять вес в 800 раз больше собственного. При этом мышца сама является датчиком, что позволяет легко интегрировать её в цифровые системы управления от носимых устройств до робототехники.

Источник изображения: Nature Communications

Конструктивно искусственный мышечный привод compliant amplified SMA actuator (CASA) представляет собой составную дугообразную металлическую пружину с проволокой из металла с запоминанием формы (SMA). Под воздействием приложенного напряжения провод сжимается и приводит пружину в движение. Это усилие передаётся на рабочую нагрузку. Например, привод весом 0,22 г может поднять груз весом 176 г, что в 800 раз больше веса самого привода. Сделав мышцы больше и мощнее, привод сможет поднимать десятки и сотни килограммов груза, что найдёт применение в экзоскелетах и в робототехнике.

Источник изображения: Nature Communications

В Samsung подчёркивают, что для компании было целью разработать мышечный привод с высочайшим соотношением силы к массе привода. Значительным бонусом стало то, что провод — искусственная мышца — сам стал точнейшим датчиком сжатия и растяжения. О силе сжатия или растяжения свидетельствует электрическое сопротивление провода (мышцы), а это простой путь к управлению мышцами и решение для обратной тактильной связи с оператором.

Источник изображения: Nature Communications

Разработчики Samsung нашли два практических применения своей разработке. Во-первых, искусственный мышечный привод использован для наведения фокуса в очках дополненной реальности. Во-вторых, привод задействован в перчатках для создания тактильных ощущений в виртуальной или дополненной реальности. В очках привод регулирует расстояние между дисплеем и оптикой, обеспечивая естественную для глаза фокусировку на ближние или дальние объекты, в зависимости от внимания, а в перчатках создаёт эффект давления на кожу. Новые датчики такие маленькие и такие сильные, что эффект хвата создаётся близкий к реальным ощущениям.

Добавим, посвящённая работе статья вышла в самом престижном научном журнале Nature Communications и свободно доступна по ссылке.

Группа учёных из Университета Нового Южного Уэльса (UNSW) в Сиднее, Австралия, испытала прототип управляемых жидкостью искусственных мышц из силиконовых трубочек. Одежда с вплетёнными в неё «мышцами» будет востребована в широком спектре отраслей.

Источник изображения: Nature

Использовать для работы мышц жидкость, по словам авторов, было решено по причине наиболее быстрого отклика на команды. Предложенные ранее искусственные мышцы с активацией от электрического или теплового воздействия показали относительно низкую скорость реакции. В то же время использование жидкости усложняет процессы изготовления умных тканей и одежды. Важно не только правильно уложить проводящие жидкость каналы, но также не допустить протечек.

Исследователи провели серию экспериментов по созданию вплетённых в ткани искусственных мышц с жидким наполнением. Работа свободно доступна в издании Nature по ссылке. Более того, исследователи продумали последовательность промышленных операций для массового производства подобных «мышц» и ткани на её основе как в виде отдельных встраиваемых участков, так пошив одежды целиком из умного материала.

Идея заключается в том, чтобы оплетать каждое искусственное мышечное волокно спиралью. Спираль не позволит волокну раздуваться в шарик, ограничивая его только продольными сжатием и растяжением. Учёные провели эксперименты для силиконовых волокон с внешним диаметром 0,5 мм. Для практического использования необходимо создать волокна с внешним диаметром менее 0,1 мм. Но для этого предстоит провести ещё ряд научных работ.