Искусственные мышцы из вощёных углеродных нанотрубок поразили учёных своей прочностью

Многие учёные мира работают над созданием искусственных мышц, которые необходимы для усовершенствования робототехники, создания интеллектуальных датчиков, медицинских имплантатов и многого другого, где нужна большая мощность и прочность в малых масштабах.

Однако создать "умную" мышцу, которая бы одновременно была эффективной, быстрой и мощной и вместе с тем обладала способностью к кручению и поворачиванию очень сложно.

В поисках прочного и гибкого материала учёные обратились к графену, а точнее, к углеродным нанотрубкам, которые представляют собой длинные полые цилиндры из графена с необычайно сильными связями, удерживающими их вместе. Но как заставить массив нанотрубок сокращаться?

Все предыдущие мышцы из углеродных нанотрубок были созданы на электрохимической основе: искусственное волокно было погружено в раствор электролита, в котором трубки сжимались при подаче напряжения.

Недостатки такого варианта очевидны: громоздкость оборудования, необходимость обновления электролита, весьма ограниченное практическое применение такого метода.

Рей Боман (Ray Baughman) из университета Техаса в Даласе и его команда нашли более интересное решение, чем электролит. Исследователи пропитали углеродные нанотрубки воском, а затем скрутили их наподобие верёвки. Оказалось, что в этом случае сжатием материала управлять значительно легче.

При нагревании воск внутри нанотрубок расширяется и провоцирует их сокращение. В качестве активаторов этого процесса могут выступать нагревание, внешние источники питания или окружающая среда.

Как сообщают учёные в своей статье в журнале Science, новая искусственная мышечная ткань способна поднять вес, превосходящий её собственный в сто тысяч раз. В ходе эксперимента мускульное волокно не потеряло своих свойств после двух миллионов непрерывных сжатий.

Сокращение такой мышцы происходит за 25 миллисекунд: быстрее, чем человек может моргнуть. А генерируемая ею мощность в 85 раз больше, чем производимая человеческой мышцей такого же размера. То есть во много раз больше, чем смогли бы продемонстрировать обычные мышечные волокна человеческого тела.

Новый материал даёт огромные возможности для манипуляций с ним. "Мы можем скрутить его, заплести в косу и связать узор, создать волокна нужной длины", — рассказывает доктор Боман. – Промышленное и научно-техническое использование нового материала поистине безгранично".

Например, такое искусственное мышечное волокно может пригодиться для выработки энергии для микрофлюидных устройств, для создания реалистичных выражений лиц у роботов, а также при создании небольших игрушек, например, рыбы-робота для домашнего аквариума.

Имеет место и более фантастическая на первый взгляд перспектива – это "умные" ткани внутри живого организма. Только представьте себе, материал будет менять свои свойства, например, пористость в зависимости от колебаний температуры тела.

В настоящее время искусственные мышцы лучше всего работают при высоких температурах, что несколько ограничивает их потенциал. Но исследователи не останавливаются на достигнутом и продолжают экспериментировать, изучать возможности уникального материала.