Исследователи из швейцарской лаборатории Empa Functional Polymers создали метод 3D-печати мягких, эластичных и мощных искусственных мышц, способных конкурировать с биологическими аналогами. Технология открывает перспективы для применения в робототехнике, медицине и промышленности, где требуются бесшумные, лёгкие и адаптивные приводы.

Искусственные мышцы преобразуют электрические импульсы в движение. В отличие от жёстких механических компонентов, новые структуры имитируют мягкость и гибкость живых тканей. Основу разработки составляют диэлектрические эластомерные актюаторы (DEA), состоящие из двух силиконовых материалов: проводящего электрода и непроводящего диэлектрика. Слои материалов переплетаются. При подаче напряжения электроды сжимаются, имитируя сокращение мышц, а при отключении возвращаются в исходное положение.

Главной инженерной задачей стало совмещение противоположных свойств материалов. Чернила для печати должны сохранять форму после экструзии, но не смешиваться, несмотря на разную электропроводность. Оптимизация одного параметра часто ухудшает другие. Решение нашлось в сотрудничестве с ETH Zurich: специальные чернила Empa и модифицированные сопла 3D-принтера позволили печатать сложные структуры с высокой точностью.

Мягкие актюаторы могут заменить традиционные приводы в автомобилях, промышленности и роботах. Лёгкость и бесшумность делают их идеальными для экзоскелетов, поддерживающих движение, или замены повреждённых мышц.

Уже сейчас учёные печатают не только сложные формы, но и эластичные волокна. «Если уменьшить их толщину, мы приблизимся к работе настоящих мышечных волокон», — говорит Дорина Оприс, руководитель группы. В перспективе это может привести к созданию искусственного сердца, напечатанного из таких волокон. Однако до реализации подобных проектов предстоит решить множество задач, включая повышение долговечности и тонкую настройку материалов.