Полимеры с памятью формы являются многообещающими материалами для многих новых применений благодаря их высокой растяжимости и превосходному восстановлению формы. При растяжении или деформации полимеры с памятью формы могут вернуться в свое нормальное состояние, просто применяя тепло или свет.
Эти материалы имеют большие перспективы для мягкой робототехники, интеллектуальных биомедицинских устройств и развертываемых космических структур, но до сих пор они не могли накапливать достаточно энергии при растяжении. Это означает, что они не выделяют много энергии при растяжке, что ограничивает их использование при подъеме или перемещении предметов.
Теперь исследователь Женан Бао Стэнфордского университета в Калифорнии и его команды разработали полимер с памятью формы для новых роботизированных мышц. Благодаря этому решению роботы могут самостоятельно двигать руками при нагревании полимеров. Новые полимеры могут поднимать предметы в 5000 раз больше их веса и хранить почти в шесть раз больше энергии, чем в предыдущих версиях.
Более мощные, легкие и дешевые роботизированные мышцы
Новая искусственная мышца, активируемая теплом или светом, имеет полимерный скелет. полипропиленгликоль. К этому исследователи добавили единицы 4-, 4'-метиленбисфенилмочевина. В исходном состоянии этих полимеров цепи материала запутаны и неупорядочены. Их растяжение вызывает выравнивание полимерных цепей и образование водородных связей между группами мочевины, создавая надмолекулярные структуры, которые делают его стабильным и твердым. Если затем полимеры нагреть до 70°С, водородные связи снова разорвутся. И что происходит? «Роботизированная мышца» может возвращаться в исходное состояние, высвобождая при этом энергию из связей.
В ходе испытаний полимер был растянут до пяти раз по сравнению с исходной длиной и накапливал до 17,9 джоулей энергии на грамм в его расширенной форме, что в шесть раз больше, чем у большинства других полимеров с памятью формы.
Чтобы продемонстрировать потенциальное использование этих полимеров, команда сделала искусственную мышцу, прикрепив предварительно растянутый полимер к верхней и нижней части руки деревянного манекена. При нагревании материал сжимается, заставляя манекен сгибать руку в локтевом суставе.
