Будет ли возможным создание сильных и быстро переключающихся искусственных мышц?

В американском боевике «Тихоокеанский рубеж» гигантские роботы по имени «Егери» сражаются с неизвестными монстрами, чтобы спасти человечество. Эти роботы оснащены искусственными мышцами, имитирующими настоящие живые тела, и побеждают монстров силой и скоростью. В последнее время проводятся исследования по оснащению настоящих роботов искусственными мышцами, как показано в фильме. Однако мощная сила и высокая скорость в искусственных мышцах не могут быть реализованы, поскольку механическая прочность (сила) и проводимость (скорость) полимерного электролита — ключевых материалов, приводящих в движение привод, — имеют противоречивые характеристики.


Исследовательская группа POSTECH под руководством профессора Мун Чжон Парка, профессора Чан Юн Сона и профессора Руи-Янг Ван из химического факультета разработала новую концепцию полимерного электролита с различными функциональными группами, расположенными на расстоянии 2Å. Этот полимерный электролит способен как к ионному, так и к водородному взаимодействию, что открывает возможность разрешения этих противоречий. Результаты этого исследования были недавно опубликованы в международном академическом журнале. Современные материалы.

Искусственные мышцы используются для того, чтобы роботы двигали конечностями естественно, как люди. Для управления этими искусственными мышцами требуется привод, демонстрирующий механическое преобразование в условиях низкого напряжения. Однако из-за природы полимерного электролита, используемого в приводе, сила и скорость не могут быть достигнуты одновременно, потому что увеличение мышечной силы замедляет скорость переключения, а увеличение скорости снижает силу.

Чтобы преодолеть представленные до сих пор ограничения, в исследовании была представлена ​​инновационная концепция бифункционального полимера. За счет формирования одномерного ионного канала шириной несколько нанометров внутри полимерной матрицы, твердой как стекло, получен суперионный полимерный электролит, обладающий как высокой ионной проводимостью, так и механической прочностью.

Результаты этого исследования могут создать инновации в мягкой робототехнике и носимых технологиях, поскольку их можно применить для разработки беспрецедентной искусственной мышцы, которая подключает портативную батарею (1,5 В), производит быстрое переключение в несколько миллисекунд (тысячные доли секунды). ), и большая сила. Кроме того, ожидается, что эти результаты будут применяться в полностью твердотельных электрохимических устройствах следующего поколения и высокостабильных литий-металлических батареях.

Это исследование было проведено при поддержке Samsung Science and Technology Foundation.