Создать эффективные искусственные мускулы поможет механизм сверхспирализации ДНК

Одной из главных проблем в создании миниатюрных роботов сегодня является механизм сокращения их приводов. В новом исследовании, опубликованном на этой неделе в научном журнале Science Robotics, учёные из Университета Вуллонгонга в Австралии предложили использовать в роботах искусственные мышцы, чья конструкция вдохновлена сверхспирализацией ДНК.

Известно, что ДНК в организме человека выполняет одну из самых впечатляющих работ по сокращению, размещая нити длиной около двух метров во всего одной человеческой клетке. Во время процесса втягивания нитей происходит так называемая сверхспирализация: если два волокна сначала скрутятся вместе, а затем продолжат движение после того, как полностью обмотаются друг вокруг друга, то они справятся с дополнительной силой, выгнувшись в сторону.

В новой работе эффект сверхспирализации решили воспроизвести в искусственных мышцах, сделанных из композитных полиэфирных волокон, покрытых гидрогелем, который набухает, когда намокает. Их скручивали вместе в характерную для ДНК спиральную форму, а затем погружали в воду, чтобы они набухли. Как результат, волокна не только не распутались, но сжались вверх, создавая механическую силу.

Как показало исследование, скрученные волокна под внешним воздействием сократились всего до 10 процентов от их первоначальной длины, генерируя эквивалент одного джоуля энергии на грамм. По оценке учёных, искусственные мышцы на основе такого механизма смогут выполнять в 36 раз большую механическую работу, чем аналогичные скелетные.

Фото: Sharanya Soundararajan