Швейцарские исследователи разработали искусственные мышцы, которые приводятся в движение с помощью ультразвука. В будущем эти гибкие устройства можно будет использовать для создания манипуляторов, доставки лекарств прямо в нужную точку организма или в качестве пластырей для лечения тканей.
На первый взгляд, изобретение выглядит просто: тонкая полоска силикона изгибается под воздействием звуковых волн. Однако за этой простотой скрывается сложная технология. Команда профессора Дэниела Ахмеда из Швейцарской высшей технической школы Цюриха создала новый класс искусственных мышц — гибкие мембраны, в которые встроены тысячи микропузырьков. Исследование опубликовали в журнале Nature.
Как это работает?
Основа мышцы — это силиконовая мембрана, нижняя сторона которой покрыта крошечными порами, размером с человеческий волос. Когда мембрану погружают в воду, в этих порах застревают микропузырьки воздуха. Под воздействием ультразвука пузырьки начинают быстро колебаться и создают направленный поток жидкости, который и заставляет мембрану двигаться.
Главное преимущество технологии — точный контроль. Меняя размер, форму и расположение пузырьков, можно программировать самые разные движения: от плавного изгиба до сложных волнообразных паттернов. Мышцы реагируют на команды за миллисекунды и не требуют проводов.
Бережный захват и плавное движение
Ученые продемонстрировали несколько впечатляющих примеров работы своих мышц. Один из них — миниатюрная мягкая рука, которая смогла аккуратно поймать в воде личинку рыбки данио, а затем отпустить ее, не причинив вреда.
«Было удивительно наблюдать, насколько точно и в то же время аккуратно работает захват. После этого личинка уплыла целой и невредимой», — поделился впечатлениями Чжиюань Чжан, один из авторов исследования.
Другой прототип — крошечный робот-скат шириной около четырех сантиметров. Две искусственные мышцы имитируют движение грудных плавников. При включении ультразвука робот начинает совершать волнообразные движения и плавно скользит по воде.
Перспективы в медицине
Одним из самых многообещающих направлений для этой технологии является медицина. Исследователи уже представляют, как их «роботов-скатов» можно будет использовать в желудочно-кишечном тракте для точной доставки лекарств или малоинвазивных процедур. Для этого робота предлагается сворачивать и помещать в специальную капсулу, которую пациент проглатывает, как обычную таблетку. В желудке капсула растворяется, и робот приступает к работе.
Ученые также испытали колесного микроробота, который успешно передвигался по извилистому и узкому свиному кишечнику. А еще они создали ультразвуковые пластыри, которые могут прикрепляться к изогнутым поверхностям, например, к тканям сердца, и точечно высвобождать лекарства — для лечения рубцов или опухолей.
«Мы начали с фундаментальных исследований, а затем показали, насколько универсальны эти искусственные мышцы, — резюмирует Дэниел Ахмед. — Их можно использовать для самых разных целей: от доставки лекарств до кардиопластырей».
Пока технология существует лишь в виде лабораторных прототипов, но ее потенциал огромен. В будущем такие мягкие, управляемые звуком мышцы могут совершить революцию в медицине, сделав многие процедуры более точными и менее травматичными для пациентов.
Невидимка в воде: робота-медузу для исследования океана создали китайские ученые Новый экзоскелет сделал виртуальную реальность физически ощутимой: видео
Подписывайтесь и читайте «Науку» в Telegram