РИА Новости: ученые создали искусственные аналоги мышц
Ученые БФУ разработали новый материал, который способен преобразовывать энергию химической реакции в механическое движение, подобно мышцам. Его способность к обратимому сжатию и растяжению открывает возможности для изучения функционирования мускулатуры, например, сердца или стенок кишечника, а также для создания искусственных мышечных аналогов. Результаты исследования опубликованы в Frontiers of Materials Science.
Имитация различных движений, характерных для живых тканей, таких как перистальтика или цилиарное движение, представляет собой значительную сложность при использовании традиционных механизмов. Мышцы являются гибкими, эластичными и саморегулирующимися приводами, способными изменять свои характеристики в процессе работы, что позволяет им создавать естественные и плавные движения. Подобная биомеханика трудно достижима для жестких механических систем, но доступна с применением полимерных хемомеханических материалов.
Исследователи БФУ в сотрудничестве с Курским государственным университетом и Санкт-Петербургским НИИ Фтизиопульмонологии разработали новый гелевый материал, который ведет себя как мышечная ткань. Он сжимается и расширяется во время протекания колебательной химической реакции Белоусова-Жаботинского, моделируя сложные ритмичные движения, такие как биение сердца и перистальтическое сокращение.
«Периодические изменения геометрии таких гелей происходят в результате химических колебаний, которые влияют на свойства (гидрофильность, плотность физической сшивки) полимерной матрицы. Основной движущей силой изменений является периодическая реакция Белоусова-Жаботинского, которая включает сложную серию химических превращений. На основе разработанных гелей в будущем можно создать устройства для мягкой робототехники, включая биомиметические двигатели», — сообщил старший научный сотрудник Центра прикладной нелинейной динамики БФУ им. И. Канта Илья Мальфанов.
Мальфанов добавил, что новые гели демонстрируют амплитуды хемомеханических колебаний объема около 60 процентов, что вдвое больше, чем у аналогичных материалов, созданных зарубежными коллегами.
«В нашей системе при протекании периодической реакции происходит окисление и восстановление комплекса железа, встроенного в гель, что приводит к периодическим расширениям и сжатиям. В качестве «топлива» для такой химической «мышцы» используются малоновая кислота и бромат натрия», — пояснил Мальфанов.
В дальнейшем исследовательская группа планирует улучшить колебательные характеристики созданных материалов и разработать на их основе хемомеханические устройства, которые смогут преобразовывать колебания гелей в сложные движения мягких роботов, такие как ползание, плавание и ходьба.
Фото: hi-tech.mail.ru