Розумний одяг. Японські вчені створили надтонке волокно для м’яких роботів

Про це пише видання Interesting Engineering.

Над створенням працювали японські вчені разом із міжнародними партнерами з Франції. Нові волокна, які дослідники називають«м’якою ниткою», можуть згинатися, стискатися та виконувати складні тривимірні рухи, коли на них подають електричний струм.

Читайте также: Оптимізм IT-фахівців згасає: Glassdoor оприлюднив індекс довіри

За словами дослідниці Юаньюань Го, команда поєднала технології виробництва волокон із м’якими електроактивними матеріалами. У результаті вдалося створити один із найтонших і найм’якших електричних актуаторів у вигляді волокна. Через те, що він поводиться як нитка, його можна легко вбудовувати у тканини або гнучкі конструкції.

Актуатори — це матеріали, які перетворюють електричну енергію на рух. Вони потрібні для технологій нового покоління, зокрема м’якої робототехніки, медичних пристроїв і носимих систем допомоги. Багато існуючих актуаторів використовують металеві матеріали, наприклад сплави з пам’яттю форми. Такі матеріали зазвичай жорсткіші, мають обмежені можливості руху і часто потребують складних способів активації, наприклад нагрівання або магнітних полів.

Команда використала виробничий метод, який спочатку створили для виготовлення оптичного волокна. Він називається термічне витягування. Після оптимізації процесу дослідники змогли отримати волокна-актуатори товщиною приблизно як людська волосина, зберігши їхню м’якість і гнучкість.

Основним матеріалом нового актуатора став термопластичний поліуретан. Це дуже гнучкий матеріал, який може працювати як діелектричний еластомер — тобто деформується під дією електричного поля. Підібравши умови виробництва, сумісні з термічним витягуванням, команда змогла створити волокна, які реагують на напругу згинанням, стисканням і хвилеподібними рухами у трьох вимірах.

Читайте также: Гуманоїди не впораються. Стартап Mind Robotics залучив $500 млн на розвиток промислових роботів із ШІ

Форма у вигляді нитки робить таке волокно зручним для практичного використання. На відміну від плоских або громіздких актуаторів, його можна скручувати у спіралі, в’язати у тканину або вплітати у складні тривимірні структури. Це дозволяє створювати рухи, які складно отримати у звичайних плоских системах, і при цьому зберігати м’якість, схожу на гуму, що підходить для контакту з людським тілом.

Результати дослідження опублікували в науковому журналі ACS Omega. У статті зазначається, що багато волокон-актуаторів мають високу жорсткість і обмежені можливості руху, оскільки використовують тверді матеріали або складні магнітні системи керування.

Щоб подолати ці обмеження, вчені створили повністю полімерні м’які волокна-актуатори на основі діелектричних еластомерів. Основним матеріалом обрали поліуретановий еластомер, який добре підходить для процесу термічного витягування і реагує на електричне поле.

Отримані волокна мають природну м’якість і модуль Юнга близько 37 мегапаскалів. Це дозволяє керувати їхніми рухами за допомогою електрики і забезпечує велику свободу згинання, стискання та тривимірних обертальних рухів. Під час експериментів волокна досягали приблизно 1,59% стискання при частоті 1 герц і електричному полі 2,4 мегавольта на метр, що відповідає показникам, описаним у науковій літературі.

Читайте также: Perplexity представляє Personal Computer — «більш безпечну» альтернативу OpenClaw. Так, він теж працює на Mac mini