Искусственные мышцы с памятью

Искусственные мышцы с памятью

Мышечную память часто хвалят люди, которые пытаются учить какие-то физические навыки, вроде йоги или игры на пианино. Но для Стояна Смоукова, исследователя в области материаловедения в Кембриджском университете, мышечная память, это что-то, чему он хотел бы привить полимерам, чтобы сделать их умней.

Так называемые "умные полимеры" уже существуют. Самый простой пример - ионный электроактивный полимер, своего рода искусственная мышца. Разместите два электрода на определенных диэлектриках, пустите ток, и они начнут взаимодействовать, деформируя полимер. Это может использоваться как мягкие приводы для управления хрупкими предметами. Например, для размещения стента или управления катетером через небольшое пространство в теле. Или они могут стать основой искусственной мышцы робота или протеза.

Но эти полимеры могут быть еще умней, если включить в их возможности функцию памяти. Полимерам с памятью формы можно придать, например, скажем, вид спирали, а затем вернуть к первоначальному виду под воздействием стимулятора вроде температуры.

Смоуков работает над созданием обладающего памятью ионного привода, чтобы смоделировать мышцы, которые сокращаются вперед-назад между двумя или даже тремя точками. "Мы можем воссоздать любое действие или их комбинацию, которое захотите", - заявил он на конференции Общества исследования материалов в Бостоне на прошлой неделе.

Искусственные мышцы с памятью
Электроактивный полимер Кембриджского университета, помнит формы, заложенные в программе [S0, S1], и возвращается к ним при воздействии температуры, даже после сгиба в другую форму [S2]

Необходимая форма программируется в полимере во время нагрева, с дальнейшим охлаждением для фиксации молекул. Он сохраняет заданную форму до определенной температуры, под воздействием которой, полимер возвращается в свой первоначальный вид. Смоуков и его коллеги использовали нафион, имеющийся в свободной продаже электроактивный полимер, который, помимо всего прочего, обладает памятью. Используя платиновые электроды, ученые пустили ток, чтобы растянуть полимер, а затем теми же электродами нагрели его до 60С и охладили, чтобы полимер запомнил свое растяжение. Их можно программировать на несколько степеней эластичности, повторяя процесс несколько раз, каждый раз нагревая материал до разной температуры свыше 60С, растягивая до определенной степени, а затем охлаждая его.

Как сильно они растягивают полимер, определяет предел его движения, как привода. Чтобы изменить движение, ученые просто меняли температуру, при которой он был закален. Например, нагрев кусок материала до 70С, и применив напряжение, согнувшее его на 17 градусов. Нагрев до 90С заставил его проявить другую степень эластичности, и примененный ток заставит его согнуться уже на 25 градусов.

Смоуков говорит, что это лишь демонстрация общего способа контроля формы и движения полимеров, и он не уверен, какое именно найти применение этому открытию. "Я никогда не думал именно о прикладной части", - говорит Смоуков. Но это не означает, что полимер можно использовать только в качестве привода. Только потому, что он может сохранить физическую память условий закалки, он может использоваться как сенсор температуры или давления, например. "И это только один из общих примеров", - добавляет Смоуков.

via

Система Orphus
comments powered by Disqus
 
Top