Инженеры работают над созданием самовосстанавливающихся мышц для роботов

Недавнее исследование предложило новый, системный подход к разработке мягких искусственных «мышц», способных не только самостоятельно обнаруживать повреждения, вызванные проколами или сильным сжатием, но и восстанавливать свою структуру без внешнего вмешательства. Это решает одну из ключевых проблем в биомиметике — неспособность большинства мягких материалов к самостоятельной регенерации.

«Тела человека и животных удивительны. Мы можем порезаться, получить ушиб или даже более серьезные травмы. И в большинстве случаев, нередко вообще не требуя повязок и лекарств, наш организм самостоятельно восстанавливается после повреждений», — объясняет инженер Эрик Марквика, руководитель проекта. «Если бы мы могли воспроизвести эти процессы в синтетических системах, это стало бы настоящей революцией в робототехнике».

Разработанная учёными структура «мышцы» — элемента, преобразующего энергию в движение — состоит из трёх слоёв. Нижний, отвечающий за обнаружение повреждений, выполнен из силиконового эластомера с микрокаплями жидкого металла, формирующего мягкую электронную оболочку. Он соединён со средним слоем, который представляет собой термопластичный эластомер с функцией самовосстановления. Верхний слой активирует движение мышцы под действием водяного давления.

Эта трёхслойная конструкция обеспечивает уникальную способность к регенерации. При повреждении нижнего слоя датчики фиксируют изменения тока. Электрическая цепь запускает локальный нагрев, расплавляя средний слой, который затем закрывает повреждение и восстанавливает исходную форму материала. После «заживления» система вновь готова к работе и способна реагировать на будущие повреждения.

Ключевым элементом технологии стала электромиграция — явление, при котором под действием электрического тока атомы металла перемещаются. Обычно это считается вредным эффектом, приводящим к деградации микросхем. Однако команда Марквики нашла способ использовать его в благих целях — электромиграция позволяет разрушать токопроводящие цепи, «обнуляя» систему и готовя её к новому циклу восстановления.

Эта разработка открывает перспективы в различных сферах. К примеру, роботы, работающие на открытом воздухе, часто сталкиваются с острыми предметами вроде стекла, веток или камней. Новая технология позволит им дольше функционировать без необходимости частого ремонта. Она также может применяться в носимых медицинских устройствах, подверженных регулярным механическим нагрузкам.

Кроме того, использование самовосстанавливающихся материалов может снизить уровень электронных отходов — серьёзной экологической проблемы современности. Устройства, способные к самостоятельному ремонту, будут служить дольше, потреблять меньше ресурсов и сократят количество вредных веществ, попадающих в природу.