Разработаны новые искусственные мышцы: сильные и быстрые, как у роботов в кино

15.08.2022, 19:34
Группа ученых из корейского университета POSTECH разработала искусственные мышцы для мощных и быстрых роботов. Ученым удалось решить проблему совмещения силы и скорости в одном устройстве за счет модификации полимерного электролита.
Владимир Губайловский
Разработаны новые искусственные мышцы: сильные и быстрые, как у роботов в кино
Схематическая диаграмма формирования ионных каналов внутри полимерного электролита. POSTECH

Не всегда сила и скорость исключают друг друга, но совместить эти качества совсем не просто

В боевике «Тихоокеанский рубеж» гигантские роботы «Егеря» сражаются с огромными живыми монстрами, чтобы спасти человечество. Эти роботы имитируют живые тела и оснащены искусственными мышцами. Егеря побеждают монстров за счет силы и скорости.

Исследования, цель которых дать роботам искусственные мышцы, подобные тем, что показаны в фильме ведутся очень давно. Но добиться и силы и скорости в одном устройстве до сих пор не удавалось,  поскольку механическая прочность (сила) и проводимость (скорость) полимерного электролита — ключевых материалов, приводящих в движение актуатор (в данном случае — искусственные мышцы), — имеют характеристики, которые друг другу противоречат.

Исследовательская группа корейского университета POSTECH разработала новую концепцию полимерного электролита с различными функциональными группами, расположенными на расстоянии 2Å (2 ангстрема). Этот полимерный электролит способен как к ионному, так и к водородному взаимодействию, что открывает возможность разрешения этих противоречий. 

Химическая структура бифункционального полимерного звена. POSTECH

Искусственные мышцы: сила и скорость

Искусственные мышцы используются для того, чтобы роботы двигали конечностями естественно, как люди. Для управления этими искусственными мышцами требуется управляющий привод, работающий при низком напряжении. Но из-за природы полимерного электролита, используемого в приводе, сила и скорость не могут быть достигнуты одновременно, потому что увеличение мышечной силы замедляет скорость переключения, а увеличение скорости снижает силу.

Чтобы преодолеть эти ограничения была разработана ​​концепция бифункционального полимера. За счет формирования одномерного ионного канала шириной несколько нанометров внутри полимерной матрицы, твердой как стекло, получен суперионный полимерный электролит, обладающий как высокой ионной проводимостью, так и механической прочностью.

Различные движения привода низковольтного актуатора POSTECH

Результаты этого исследования могут изменить и мягкую робототехнику и носимые технологии, поскольку их можно применить для разработки мощной искусственной мышцы, которая работает от портативной батареи (1,5 В) и производит переключение за несколько миллисекунд. 

©  Популярная Механика