“Живые” роботы: как сокращаются искусственные “мышцы”
Мышцы животных — это белковые волокна, которые под действием нервных импульсов сокращаются и приводят части организма в движение. Правит балом, как обычно, энергия. В процессах сокращения энергия химических реакций переходит в механическую. Задачей ученых при воссоздании движения мягких тканей в роботизированных материалах является замена сложных химических реакций с органическими молекулами на физические процессы, которые легко воспроизвести на неживых объектах.
«Накормить» мышцы робота можно светом. Нужно лишь подобрать материалы, которые меняют под действием излучения некоторые физические свойства, например, способность впитывать влагу. Исследователи Северо-Западного университета в Иллинойсе создали комбинированный материал, который при освещении сокращается, подобно мышцам, не требуя дополнительного оборудования, электричества или гидравлического привода. Описание роботизированной мягкой материи ученые привели в статье, опубликованной в журнале Nature Materials.
Созданная структура состоит из наноразмерных пептидных сборок, которые используются обычно для отведения воды из материалов. Пептидные сборки связали с сетками из полимеров, реагирующих на свет. Химический сигнал от полимерных сеток, подобно нервному импульсу, стимулирует искусственную «мышцу» на сокращение.
Пока что скорость работы таких «мыщц» не поражает воображение, но и Москва не сразу строилась:
Когда свет попадает на материал, и полимеры химически сообщают об этом пептидам, те из впитывающих воду вмиг превращаются в брезгливых «барышень», которые боятся «намочить прическу». Материал через пептидные трубки вытесняет лишнюю влагу и сжимается. Стоит выключить свет, «стеснение» исчезает. «Барышня» прыгает в бассейн, не думая о том, как выглядит со стороны. Темно — все равно никто и не увидит. Материал поглощает воду и расширяется.
Чтобы сдвинуть мягкого робота из такого материала в нужную сторону, нужно только правильно направить свет и чередовать включение/выключение. В результате можно заставить полимерную «мышцу» двигаться прямо, зигзагом и даже по кругу с нужной скоростью, зависящей от частоты мигания света.
Свойства подобных материалов открывают бездонный сундук с возможностями применения. В медицине мягкие изгибающиеся материалы могут пригодиться, когда нужно извлечь сгустки крови из сосудов мозга после инсульта. С помощью плавающих мягких роботов можно очищать системы водоснабжения, бассейны и естественные водоемы. Привет экологам и Грете Тунберг. Наконец, полимерные «мышцы», не требующие для сокращения углеводородного топлива, — настоящая находка для робототехники будущего.
