Инженеры из Университета Небраски-Линкольна разработали революционные искусственные мышцы, способные самостоятельно обнаруживать повреждения и восстанавливаться – технология, которая может кардинально изменить будущее мягкой робототехники и носимых девайсов.
Новая разработка имитирует способность животных и растений обнаруживать и самостоятельно заживлять травмы – функцию, которая всегда представляла сложную задачу для создателей роботов. Исследователи пошли по проверенному пути биомимикрии, создав систему, способную идентифицировать повреждения от проколов или экстремального давления, определять их местоположение и автономно запускать процесс восстановления.
Трехслойная архитектура искусственных мышц
Искусственная мышца, или актуатор, имеет трехслойную структуру:
-
Нижний слой обнаружения повреждений – мягкая электронная "кожа", состоящая из микрокапель жидкого металла, внедренных в силиконовый эластомер
-
Средний слой из жесткого термопластичного эластомера, выполняющий функцию самовосстановления
-
Верхний исполнительный слой, который сжимается и расширяется при изменении давления воды
Для создания механизма самовосстановления, работающего без внешнего вмешательства, используется сеть контрольных токов, протекающих по "коже" конструкции. Повреждения фиксируются как нарушения в электрической сети, что автоматически запускает подачу тепла к поврежденным участкам, расплавляя термопластичный слой, чтобы закрывать разрывы. Как отмечают исследователи, это "эффективно заживляет рану".
Ученые также разработали механизм сброса электрической сети кожного слоя, что позволяет системе восстанавливаться после повторных повреждений в той же области. Техника использует эффекты электромиграции – процесса, при котором электрический ток вызывает перемещение атомов металла. Без этой системы механизм самовосстановления мог бы выполнить только один цикл повреждения и восстановления.
Так как исследователи базируются в Небраске, первыми приложениями этой технологии, о которых они размышляли, были сельскохозяйственные роботы, повреждаемые ветками или шипами. Однако команда также видит возможности для использования этой технологии в носимых гаджетах для мониторинга здоровья и более широких потребительских электронных приложениях.