Надежность
64+ Контрактов
Научный коллектив из нескольких российских университетов представил инновационный полимерный материал, обладающий способностью к самостоятельным ритмичным деформациям. Разработанный гель демонстрирует свойство, ключевое для живой мускулатуры — он преобразует химическую энергию в механическую работу. Эта разработка открывает путь к созданию продвинутых искусственных аналогов мышечных тканей и компонентов для нового поколения мягкой, биоподобной робототехники.
Основу многих естественных процессов в организме, от биения сердца до продвижения пищи, составляют мышцы. Эти природные приводы эластичны, адаптивны и способны к саморегуляции. Скопировать такие плавные и сложные движения с использованием обычных жестких механизмов практически невозможно. Альтернативой выступают «умные» полимеры, меняющие свои свойства под внешним воздействием.
Исследователям из Балтийского федерального университета, Курского госуниверситета и петербургского НИИ Фтизиопульмонологии удалось синтезировать гель с заданными свойствами. Его фундаментальная особенность — синхронное расширение и сжатие в ответ на протекающую внутри него знаменитую колебательную реакцию Белоусова-Жаботинского. Благодаря этому материал может воспроизводить сложные циклические паттерны, характерные для работы сердечной мышцы или желудочно-кишечного тракта.
Как отмечает Илья Мальфанов, старший научный сотрудник БФУ, периодические изменения геометрии геля обусловлены химическими колебаниями, которые модулируют параметры его полимерной сетки. «Запускает этот процесс автоколебательная реакция Белоусова-Жаботинского. В будущем подобные материалы могут лечь в основу двигателей для мягких роботов, максимально приближенных по принципу действия к биологическим системам», — комментирует ученый.
Механизм работы материала построен на циклическом окислении и восстановлении ионов железа, встроенных в гелевую матрицу. Эти повторяющиеся химические процессы и вызывают попеременное набухание и сжатие материала. Роль источника энергии выполняют реагенты — малоновая кислота и бромат натрия.
Значимым результатом работы стала рекордная амплитуда изменений объема геля, достигающая 60%. Этот показатель вдвое превосходит эффективность большинства существующих зарубежных аналогов.
Сейчас научная группа работает над оптимизацией динамических характеристик материала. Долгосрочная цель — создание на его базе функциональных хемомеханических приводов, которые смогут обеспечивать мягким роботам способность к натуральным, сложным формам движения: от ползания и плавания до шагания.
