Схематическое изображение, иллюстрирующее стратегию двойного сшивания и термомеханический механизм активации магнитных искусственных мышц. Источник: Advanced Functional Materials (2025). DOI: 10.1002/adfm.202516218
Исследовательская группа, связанная с Университетом науки и технологий Нанкина, представила новый тип искусственной мышцы, которая может плавно переходить из мягкого и гибкого состояния в жёсткое и прочное — подобно тому, как резина превращается в сталь. При сокращении эта инновационная мышца может поднимать вес, во много раз превышающий её собственный, и вырабатывать энергию, намного превосходящую энергию человеческих мышц.
Исследовательская группа под руководством профессора Хун Ый Чона с факультета машиностроения Университета науки и технологий Кореи успешно создала мягкую искусственную мышцу, способную динамически регулировать свою жёсткость.
Исследование опубликовано онлайн в журнале Advanced Functional Materials.
Несмотря на то, что мягкие искусственные мышцы открывают огромные перспективы для применения в робототехнике, носимых устройствах и медицинских вспомогательных технологиях, требующих взаимодействия, подобного человеческому, их широкое использование ограничено неизбежным компромиссом: они либо очень гибкие, либо способны развивать значительную силу, но не могут делать и то, и другое одновременно.
Их прорывное изобретение решает эту проблему за счёт создания композитной мышцы, которая становится жёсткой при нагрузке и мягкой, когда нужно сократиться. Примечательно, что в жёстком состоянии эта крошечная искусственная мышца весом всего 1,25 грамма может выдерживать до 5 килограммов, что примерно в 4000 раз превышает её собственный вес. В мягком состоянии она может растягиваться в 12 раз по сравнению с первоначальной длиной.
Во время сокращения мышца растягивается на 86,4 %, что более чем в два раза превышает растяжение примерно на 40 %, характерное для мышц человека. Плотность работы достигает 1150 кДж/м³, что в 30 раз выше, чем у человеческой ткани.
Плотность работы показывает, сколько энергии на единицу объёма может выработать мышца. Достижение высоких показателей наряду с высокой растяжимостью было давней проблемой.
Ключевое новшество заключается в двойной сшитой полимерной сети, разработанной исследователями. Химические связи в мышце, образованные ковалентными связями, обеспечивают структурную прочность, а физические взаимодействия, возникающие и исчезающие под воздействием термических стимулов, придают ей исключительную гибкость. Кроме того, обработанные на поверхности магнитные микрочастицы, встроенные в мышцу, позволяют внешним магнитным полям точно контролировать её движение, что было продемонстрировано в ходе успешных экспериментов по подъёму предметов с помощью магнитного привода.
Профессор Чон объяснил: «Это исследование позволяет преодолеть фундаментальное ограничение, из-за которого традиционные искусственные мышцы либо сильно растягиваются, но становятся слабыми, либо остаются сильными, но жёсткими. Наш композитный материал может делать и то, и другое, открывая путь к созданию более универсальных мягких роботов, носимых устройств и интуитивно понятных человеко-машинных интерфейсов».
Дополнительная информация: Соми Ким и др., Мягкие магнитные искусственные мышцы с высокой плотностью работы и деформацией срабатывания за счёт двойной перекрёстной сшивки, Advanced Functional Materials (2025). DOI: 10.1002/adfm.202516218
Джухён Хо, Ульсанский национальный институт науки и технологий