Инженеры Empa создали искусственные мышцы для роботов и медицины с использованием 3D-печати

Научные сотрудники из швейцарской лаборатории Empa Functional Polymers разработали технологию 3D-принтинга, позволяющую создавать гибкие, эластичные и мощные искусственные мышцы. Эти мышцы могут конкурировать с биологическими аналогами и имеют широкий спектр потенциальных применений в робототехнике, медицине и индустрии, где необходимы бесшумные, лёгкие и адаптивные приводы.

Искусственные мышцы способны преобразовывать электрические импульсы в механическое движение. В отличие от жёстких механических элементов, новые структуры имитируют мягкость и гибкость живых тканей. Основой технологии служат диэлектрические эластомерные актюаторы (DEA), которые состоят из двух видов силиконовых материалов: электрода, который проводит ток, и диэлектрика, который ток не проводит. Эти слои соединены вместе таким образом, что при подаче электрического напряжения электроды сокращаются, имитируя сокращение мышц, а при снятии напряжения возвращаются в исходное состояние.

Ключевой инженерной задачей было совмещение противоположных свойств используемых материалов. Чернила для процесса печати должны сохранять свою форму после экструдирования и не смешиваться, несмотря на разницу в электропроводности. Часто оптимизация одного свойства ухудшала другое. Решение возникло в ходе сотрудничества с ETH Zurich: специально разработанные чернила Empa и модифицированные насадки 3D-принтера позволили печатать сложные структуры с высокой точностью.

Эти мягкие актюаторы могут быть применены вместо традиционных приводов в автомобильной промышленности, производстве и робототехнике. Их лёгкость и бесшумная работа делают их идеальными для использования в экзоскелетах или для замены повреждённых мышц.

На данный момент учёные занимаются печатью не только сложных форм, но и гибких волокон. «Если удастся уменьшить их толщину, мы сможем максимально приблизиться к поведению настоящих мышечных волокон», — отмечает Дорина Оприс, руководитель группы. В будущем это может открыть двери к созданию искусственного сердца из таких волокон. Однако перед полной реализацией подобных проектов предстоит преодолеть ряд технических вызовов, включая увеличение долговечности и настройку материалов под конкретные задачи.

Источник: iXBT