Исследователь Зинан Бао (Zhenan Bao) из Стенфордского университета (США) и его коллеги разработали группу эластомеров под названием Fe-Hpdca-PDMS. Новый материал рассматривается как аналог биологической мышцы. Он может растягиваться под давлением на 70% безо всякого ущерба, а также самостоятельно «залечивать» свои повреждения. Разработчики надеются, что новинка найдет свое место в области робототехники и протезирования. О разработке рассказывает Science.

Новый материал состоит из длинных, беспорядочно переплетенных полимерных цепей, содержащих кремний, кислород, азот и атомы углерода, смешанные с солями железа. Благодаря особой химической формуле этот эластомер может не только достаточно сильно растягиваться, но и способен «залечивать» дефекты, возникающие в процессе эксплуатации. Так, например, если вы сделаете в нем дырку острым предметом, атомы железа начнут притягиваться к атомам кислорода и азота.

Материал, будучи разрезан на отдельные куски, способен вновь соединиться, сохранив до 90% своей эластичности, даже при низких температурах (до –20ºC). Экспериментально установлено, что процесс полного восстановления после повреждения занимает около 72 часов.

Когда исследователи использовали электромагнитное поле поперек нитей полимеров, — аналогично тому, как активируется мышечная ткань нервными импульсами, — длина материала быстро увеличилась примерно на 2%. Когда напряжение было выключено, материал вернулся к исходному состоянию.

Существенным недостатком материала является его низкая растяжимость под воздействием магнитного поля (для сравнения: настоящая мышца может растягиваться до 40% от своей длины). Это означает, что, к примеру, роботизированная рука с искусственной мышечной тканью не сможет растягиваться как настоящая.

Впрочем, разработчики говорят, что и не ставили себе задачу разработать совершенную искусственную мышцу. «В нашем случае, цель состояла в том, чтобы не создать наилучший искусственный мускул, а разрабатывать новые материалы для растягивающихся и самовосстанавливающихся систем. Искусственная мышечная ткань является лишь одним из возможных применений для наших материалов», — объяснил профессор Бао.

Материалы, которые расширяются и сжимаются в ответ на воздействие электрического поля, часто используются в качестве двигателей датчиков, иногда способных к автокоррекции. Способность к самовосстановлению может быть полезна при работе в экстремальных условиях, когда ремонт техники труден или даже невозможен.

Эксперты высоко оценили новую разработку.

«Это очень интересная и очень изящная работа», — сказал химик Марек Урбан (Marek Urban) из университета Клемсона в штате Южная Каролина (США).

Он говорит, что полимер в конечном счете может быть использован для разработки синтетических мышц, необходимых для движения протезов, и позволить роботам двигаться вещи так же, как и человек.

Идея создания «искусственных мышц» обсуждается вот уже несколько десятилетий. Исследователи опробовали пригодность для этих целей множества различных материалов: от керамики на основе углеродных нанотрубок до металлических сплавов. Наш портал ранее писал, что в этих целях пытались использовать даже волокна обычного репчатого лука. В 2000 году было показано, что некоторые резиновые полимеры, называемые эластомерами, могут обратимо растягиваться втрое. Основным их недостатком была хрупкость.

Другие группы исследователей пытались создать самовосстанавливающиеся эластомеры, которые могли бы сами «ремонтировать» надрывы и дыры, которые возникают во время работы. Однако большинство из них имели низкую эластичность, которая делала невозможной их использование в качестве искусственной мышцы.