Химики из MIT превратили нейлон в синтетические мускулы
Ученые из МИТ создали нейлоновые нити, способные сокращаться, растягиваться и даже сгибаться при пропускании через них тепла, что открывает дорогу для создания полноценных протезов для рук и ног, говорится в статье, опубликованной в журнале Advanced Materials.
"Если нагреть нити многих полимеров, в том числе и нейлона, то тогда они будут сокращаться в длину и расширяться в ширину. Это свойство можно использовать для имитации мышечных сокращений, однако у него есть недостаток - их нужно охлаждать. Я понял, что этот минус можно использовать в качестве плюса, нагревая только одну сторону нити и заставляя ее гнуться", - заявил Сейед Мирвакили (Seyed Mirvakili) из Массачусетского технологического института (США).
За последние годы ученые создали несколько десятков вариантов волокон и материалов, способных исполнять все или часть задач, которые умеют решать "живые" мускулы - сокращаться, расширяться или гнуться в стороны. Большая часть из них была создана на базе новых или редких материалов, таких как углеродные нанотрубки или сплавы с эффектом памяти, или просто экзотических конструкций, таких как луковые клетки или гели из морской воды.
Как отмечают Мирвакили и его коллега Айэн Хантер (Ian Hunter), все эти изобретения обладают одним общим недостатком - непрактичностью. Большая часть из них не умеет сгибаться в стороны, что резко ограничивает круг их применений, а другие выдерживают или крайне малое число сжатий и растягиваний, стоят гигантских денег или требуют особых условий работы, несовместимых с повседневной жизнью.
Химики из MIT решили эту проблему, используя очень простой и распространенный полимерный материал - нити из обычного нейлона, из которого изготавливается леска и одежда. Нейлон, капрон и ряд других органических полимеров обладают необычным свойством - леска из них одновременно сокращается в длине и становятся более толстой при нагреве до высоких температур.
Это свойство ученые уже пытались использовать для создания искусственных мускулов, однако они столкнулись с проблемами - они достаточно медленно охлаждаются, что не позволяет их использовать для решения задач, где нужна высокая скорость, и к тому же они не способны совершать вращательные движения и двигаться в стороны, как настоящие мышцы.
Хантер и Мирвакили смогли преодолеть обе эти трудности при помощи одного простого приема - они "расплющили" нейлоновую нить, превратив ее в своеобразный "брусок", а не "бревно". На каждой стороне этого нейлонового бруска ученые "нарисовали" небольшие нагревательные элементы при помощи токопроводящей краски, работой которых они могли управлять при помощи компьютера.
Благодаря этому простому трюку, нагревая нить с одной стороны, можно заставить ее согнуться в ту сторону, на которой включены эти элементы. В свою очередь, нагрев с противоположной стороны, наоборот, заставит ее быстро выпрямиться. Используя это свойство, Мирвакили и Хантер смогли заставить нить не только сгибаться, но и "рисовать" в воздухе кренделя, восьмерки и другие сложные фигуры.
Так как подобная мускульная нить не содержит в себе движущихся элементов, она может сгибаться и разгибаться фактически неограниченное число раз с очень высокой скоростью, достигающей как минимум 17 циклов сжатия и растяжения в секунду. Это открывает множество практических применений для подобных "мускульных" нитей.
По мнению Хантера, такие материалы можно использовать для создания одежды и обуви, способной самостоятельно застегиваться и затягивать шнурки, различных протезов, солнечных батарей, вращающихся вместе с Солнцем, кузовов машин, меняющих форму и прочих футуристичных устройств из "Назад в будущее" и других фантастических фильмов и романов.
