Новости химической науки > Разработан токопроводящий полимер для «искусственных мышц»

Исследователи из Франции разработали полимер с электронной проводимостью, который под воздействием электрического потенциала не сгибается, а расширяется или сжимается линейно. Волокна нового полимера могут найти применение в создании искусственных мышц.

Будущее искусственных мышц.The future of artificial muscles. (Рисунок из Chem. Commun., 2010, DOI: 10.1039/c001289k)

Седрик Плессе (Cédric Plesse) из Университета Серги-Понтуаз работали над изучением полимерных устройств, способных изменять свою форму в результате электрического воздействия. Такие устройства, отличаясь незначительной массой, могут работать под воздействием незначительных электрических потенциалов на открытом воздухе, что позволяет говорить о возможности их потенциального использования для воспроизведения движения конечностей. Однако, как поясняет Плессе, электростимулируемое изгибание полимера не всегда полезно для моделирования мышечной деятельности. Важной и сложной задачей является разработка устройств, способных на поступательно-возвратные линейные деформации, характерные и для мышц млекопитающих.

Проводящие полимеры обычно преобразуют электрохимическую энергию в механическую. Электроды связываются с двумя сторонами полимерной мембраны, изготовленной из материала с ионной проводимостью, при подаче напряжения ионы на катоде и аноде соответственно восстанавливаются и окисляются, что приводит к тому, что один электрод сжимается, а другой – расширяется, что приводится к сгибу полимера.

Для того, чтобы заменить изгиб полимерного материала возвратно-поступательным линейным движением Плессе разработал устройство, состоящее из двух трубчатых электродов, вложенных друг в друга и разделенных мембраной из ион-проводящего полимера. Внутренний электрод отличается небольшой толщиной и расширяется при окислении, внешний электрон много толще, поэтому переход электронов на него не приводит к существенному электрохимическому сжатию. Остальные компоненты волокна обладают эластичностью достаточной, достаточной для того, чтобы совместно с внутренним электродом расширялось все волокно, который не дает всей системе перегибаться, приводя к реализации лишь возвратно-поступательных движений.

Элизабет Смета (Elisabeth Smela), специалист по полимерным движителям из Университета Мэриленда высоко оценивает работу французских коллег, отмечая, что желаемый результат был достигнут благодаря тому, что Плессе создал новое устройство сразу из нескольких конструкционных элементов. Смета добавляет, что разработка нового полимерного движителя может стимулировать других исследователей, в результате чего будут получены пригодные для применения в робототехнике системы с быстрой реакцией, длительной устойчивостью и высокой эффективностью.

Плессе поясняет, что разработанные в его группе линейные движители первоначально предназначаются для применения в микросистемах, для которых не требуется большое значение механической силы. Однако, исследователь надеется, что в будущем такие системы могут найти применение в создании протезов, робототехнике и задачах, связанных с неоднократным подъемом тяжестей. В настоящее время фактор сжатия полимерных движителей ограничен 3%, однако Плессе надеется, что сотрудничество с другими исследователями позволит создать искусственные мышцы в недалеком будущем.

Источник: Chem. Commun., 2010, DOI: 10.1039/c001289k

метки статьи: #новые материалы, #физическая химия, #химическая технология, #химия поверхности, #химия полимеров