Американские технологии с русским акцентом

О том, что из нейлона можно делать искусственные мышцы, руководитель лаборатории информационных технологий БГПУ Александр Семочкин узнал два года назад. Тогда ему на глаза попалась статья в журнале Science группы ученых из Далласа, которые сумели сделать мышцы из нейлоновых волокон, покрытых серебром.

— В это трудно было поверить! Люди давно бьются над простым механизмом, который мог бы двигать предметы. Сейчас роботы в основном стоятся на сервоприводах, электрических моторах, на пневмо- или гидроприводах, но они все требуют каких-то дополнительных систем. Например, для пневмопривода нужен мощный компрессор, который будет качать воздух. Технически это сложные устройства, но на них сейчас делают роботов, и при этом очень эффективно. Это доступно, но дорого. А эти ребята из Далласа говорят, что можно из дешевой рыболовной лески делать мышцы! — рассказывает Александр Николаевич.

Любитель роботов из Благовещенска после этой публикации еще год ждал новой статьи в научном журнале: вдруг эти мышцы уже стали массово выпускать и продавать. «Ведь тогда мы сможем начать делать роботов на других принципах — не на моторах, а на таких мышцах. Это же круто! Они будут более человечные», — говорит ученый из БГПУ.  

Скручиватель искусственных мышц, изобретенный Александром Семочкиным и напечатанный на 3D-принтере

Поняв, что продолжения не будет, он решил сделать искусственные мышцы самостоятельно. Вместе с коллегами из педуниверситета вручную по далласской технологии они скрутили несколько мышц. Только вместо нейлоновых волокон с серебром взяли простую рыболовную леску и медную проволоку. Однако первые изделия оказались нежизнеспособны.

Эти опыты амурские робототехники едва не забросили. Но случай снова заставил Александра Семочкина поверить в искусственные мышцы. В прошлом году он попал на конференцию по робототехнике в «Сколкове», где познакомился с руководителем фирмы «Нейроботикс» из Зеленограда. Как оказалось, изобретатели из Подмосковья тоже делают мышцы из лески и они работают.

«Правда, эта технология очень сырая, пока непригодная для создания мышц. Но вспомните Фарадея! Когда он сделал свой первый электромотор, у него проволочка крутилась в луже ртути,  — это тоже все было слабо и бесперспективно. А сейчас посмотрите: уже ездят беспилотные автомобили на таких двигателях. Мне кажется, что у таких мышц есть перспективы, — уверен Александр Семочкин. — Я приехал воодушевленный из «Сколкова». И где-то за месяц-полтора сделал прибор для скручивания мышц. Прибор позволяет получать повторяемый результат, чтобы мышцы были одинаковыми. Это важно для их изучения».

Как это работает

Для создания искусственной мышцы длиной примерно 5 сантиметров нужно сантиметров 20 лески и несколько метров медной проволоки. Около 10 минут прибор, изобретенный Александром Семочкиным и напечатанный на 3D-принтере, равномерно наматывает проволоку вокруг лески. Затем еще несколько минут машинка туго скручивает леску. Через какое-то время она начинает сворачиваться в спираль. Последний штрих — получившуюся мышцу помещают на 30 минут в печь, которая постепенно нагревается до 180 градусов.

Искусственные мышцы перед заключительным этапом – отправкой в печь

— Основная идея в том, что мы используем самые дешевые компоненты. И из них можно получить результат не хуже, чем из нейлона с серебром. Мне кажется, что наши должны быть долговечнее. По крайней мере, в моих экспериментах они долго работают. Пока я, конечно, целенаправленно не испытывал, сколько циклов они могут выдержать. Не входило пока в планы, — признается изобретатель.

В действие искусственные мышцы приводятся электрическим током. Источник подсоединяется к медной проволоке. Под небольшим напряжением медь нагревается и равномерно передает тепло нейлоновой леске. В зависимости от вида мышцы — а скручиватель способен выполнять три их разных вида — сокращаются или растягиваются.

Демонстрация работы искусственных мышц

Маленькие мышцы можно соединять последовательно — они будут длиннее и, соответственно, сокращаться на большее расстояние, а можно соединять параллельно — в этом случае мышца станет сильнее. Две тонкие мышцы, соединенные параллельно, могут поднять килограмм на несколько миллиметров.

Сейчас ученые бьются над тем, как быстро заставить мышцы возвращаться в исходное положение. Для этого проволоку необходимо охладить. Пока что самый продуктивный способ — делать это водой. В ближайшее время Александр Семочкин с коллегами продолжат работу над мышцами. Когда они сумеют заставить их работать быстро, первым обладателем искусственных мышц станет университетский антропоморфный робот Искандерус.

От роботов до медицины

— На конференции, которая прошла в августе в Техасе, я показывал именно этот прибор — скручиватель искусственных мышц. Моя цель — привлечь внимание людей к тому, что такие мышцы можно делать и у них есть перспектива, — признается Александр Семочкин.

Он планирует написать статью с подробным описанием, как самостоятельно изготовить прибор, и опубликовать ее на специализированной интернет-площадке в открытом доступе. Сейчас же Александр Николаевич делится своими разработками на канале YouTube, демонстрируя работу мышц.

Чем больше людей будет знать об искусственных мышцах, чем больше людей займется их изучением, тем больше идей появится, как их можно использовать.

— Самый интересный способ — использовать в создании человекоподобных и подобных животным роботов. Но можно и в банальных случаях. Например, я пытаюсь сделать клапан: вода течет, подается напряжение, мышца сокращается, клапан открывается и вода выливается. Выключили ток, клапан закрылся.

Искусственные мышцы уже применили в медицине — сделали манипулятор для хирургов, выполняющих лапаро- и эндоскопические операции. Кроме того, изобретение опробовали в лаборатории Disney — здесь собрали руку.

Возрастная категория материалов: 18+