Исследователи создали гелевую мышцу, которая сильнее старой модели в 1000 раз и быстрее в 19.
Группа ученых из Сеульского национального университета сконструировала намного более прочный, быстрый и сильный гидрогелевый "двигатель", объединив технологии создания тургора и электроосмоса. В своей статье, опубликованной в журнале Science, группа описывает свой подход и то, насколько хорошо полученный актуатор показал себя при тестировании в реальном эксперименте.
Что такое гидрогель?
Гидрогель - субстанция, состоящая из воды, в которой плавают гидрофильные полимерные цепи, которые не растворяются и связаны между собой. Гидрогели уже нашли огромное применение в самых разных сферах (весьма подробно об этом - в английской википедии), но гидрогелевыми движущимися частями начали заниматься тольо несколько лет назад. И вот теперь эти так называемые гидрогелевые приводы совершили скачок в развитии.
Как заставить гидрогель работать?
За счет огромного, иногда 99%-ного содержания воды в структуре, полимерная сеть способна растягиваться и сжиматься. К сожалению, при таком способе сокращения необходима постоянная подпитка влагой, то есть лучше всего гидрогелевый привод проявит себя под водой, но это и преимущество, поскольку, например, использование высокоэффективных электродвигателей под водой нежелательно.
Более полный обзор гидрогелевого двигателя можно прочитать на сайте ScienceDirect.
В общих словах, цель состоит в том, чтобы создать мягкие приводы, которые представляют собой деформируемые компоненты, способные взаимодействовать с окружающей средой желаемым образом. Чтобы добиться успеха, актуатор должен быть в состоянии преобразовывать некоторую форму энергии в механическую работу, в некотором смысле похожую на человеческие мышцы. Чтобы сделать их более полезными, ученые хотели бы, чтобы они имели большую силу срабатывания, чем это возможно сейчас, и быстрее реагировали, когда возникает необходимость. В этой новой попытке исследователи сделали еще один шаг к достижению обеих целей.
Команда создала обычный гидрогель при помощи стандартных методов, но заключила его в жесткую обертку с возможностью осмоса (транспорта воды). Жесткость была разработана, чтобы сдерживать набухающую среду, когда жидкость проникала в структуру, подобную тургорной ячейке. Это позволяло нарастать давлению, и при этом она воздействовала на близлежащие объекты.
Созданный агрегат показал силу в 730 Н, чего достаточно, чтобы расколоть средних параметров строительный кирпич. Чтобы ускорить действие, исследователи применили неожиданный прием: через гидрогель был пропущен электрический ток, ускоривший работу в 19 раз.