2 миллиметра, 4 килограмма, 0 моторов: в MIT придумали искусственные мышцы для роботов

Исследователи MIT Media Lab представили искусственные мышцы нового типа — электрофлюидные волоконные актуаторы толщиной 2 миллиметра, которые работают без моторов, компрессоров и внешних шлангов. Пучок таких волокон поднимает 4 килограмма — в 200 раз больше собственного веса. Работа опубликована в Science Robotics 9 апреля.

В основе — сочетание двух технологий. Первая — тонкий актуатор Маккиббена, классический жидкостный привод, который сжимается при росте давления внутри. Вторая — миниатюрный твердотельный насос, работающий на принципах электрогидродинамики (EHD): он создает давление в закрытом жидкостном контуре, впрыскивая заряд в диэлектрическую жидкость и создавая ионы, которые тянут жидкость за собой. Насос весит несколько граммов и по толщине сопоставим с зубочисткой. До сих пор мягкие роботы с жидкостным приводом опирались на «тяжелую, громоздкую и зачастую шумную гидравлическую инфраструктуру», как выразилась аспирантка MIT Media Lab Озгюн Кылыч Афсар.

По характеристикам мышцы подошли к биологическим: удельная мощность 50 Вт/кг — как у скелетных мышц человека, сокращение на 20%, отклик 0,3 секунды. В одной конфигурации пучок поднял 4 кг на ход 30 миллиметров, в другой быстрый рычаг разогнался до 180 мм/с и запустил объект за 0,2 секунды. Сплетенная в ткань пара «бицепс-трицепс» согнула роборуку на 40 градусов и осталась достаточно мягкой для рукопожатия с человеком.

Ключевое решение — антагонистическая пара волокон, как бицепс и трицепс: между двумя актуаторами Маккиббена стоит насос-волокно, и когда он качает жидкость в один, другой одновременно расслабляется. Соавтор работы Вито Какуччоло из Политеха Бари отмечает, что современные роботы и гуманоиды строятся вокруг сервомоторов, масса которых концентрируется в суставах, тогда как волоконные мышцы можно распределить по всей длине конечности или одежды — как в биологии.

Главные сценарии применения — экзоскелеты для подъема тяжестей, протезы, носимые ассистенты для восстановления мелкой моторики и, размеется, роботы. Профессор EPFL Герберт Ши, не участвовавший в исследовании, назвал работу «значительным продвижением в мягких приводах волоконного формата» и отметил, что отсутствие движущихся частей в насосе делает такие мышцы бесшумными — критическое преимущество для протезов и бытовых роботов.

P.S. Поддержать меня можно подпиской на канал «сбежавшая нейросеть«, где я рассказываю про ИИ с творческой стороны.