Искусственные мышцы с памятью

Под мышечной памятью люди часто понимают определенные физические навыки, такие как игра на фортепиано или йога, получаемые в процессе тренировок. Но для Стояна Смукова, исследователя в области материаловедения из Кембриджского университета, мышечная память это свойство, которое он хотел бы придать полимерам, чтобы добавить им нечто вроде искусственного интеллекта.

Уже существуют так называемые «умные» полимеры. Так, один из простых типов искусственной мышцы — ионный электроактивный полимер. Если поместить два электрода в гибкие диэлектрические материалы и подать на них напряжение, электроды будут притягиваться друг к другу, деформируя полимеры. Они могут быть использованы в качестве мягкого привода для управления хрупкими предметами, к примеру, направляя медицинские имплантаты или катетер в небольшой полости человеческого тела. Они могут стать основой для искусственных мышц роботов или протезов конечностей.

Но такие полимеры можно сделать еще более интеллектуальными, если они будут использовать эффект памяти. Полимеры с памятью формы деформируясь могут принимать ту или иную форму, скажем, спиральную и вернуться затем к своей первоначальной плоской форме, например, при воздействии таких факторов, как изменение температуры.

Смуков работает над созданием ионных приводов, которые также обладают памятью формы, чтобы сделать мышцы, которые перемещаются вперед и назад между двумя или, возможно, даже тремя состояниями. "Мы можем сегодня проектировать любую функцию или комбинацию функций", - сказал он на заседании Сообщества материаловедения в Бостоне на прошлой неделе.

Полимер с запрограммированной формой при нагревании его деформируется в новую форму, а после остывания молекулы полимера фиксируются. Он сохраняет эту форму до тех пор, пока его снова не нагревают до нужной температуры, чтобы разблокировать молекулы, после чего он принимает свою первоначальную форму. Смуков и его коллеги используют нафион, доступный сегодня электроактивный полимер, который также имеет возможности сохранения памяти формы. Через платиновые электроды подводят напряжение, чтобы растянуть полимер, затем используются те же электроды, чтобы нагреть его до 60° С, затем охлаждают его, чтобы зафиксировать это состояние. Они могут запрограммировать нескольких состояний, повторяя процесс несколько раз, каждый раз нагревая материал до другой температуры выше 60° С, растягивая до другого состояния и позволяя остыть.

Смуков считает, что пока еще рано говорить о конкретном использовании этого эффекта. "Я не думал о реальных применениях", - говорит он. Но результаты исследования могут использоваться не только для приводов. Потому что материал может сохранять физическую память окружающих условий и может быть использован, например, в качестве датчика температуры или кислотности.