Недавний прорыв в области техники и робототехники может просто размыть грань между человеком и машиной . Исследователи из Университета Линчёпинга в Швеции успешно разработали и создали искусственные мышцы, работающие на глюкозе и кислороде — как и их органические аналоги.
По словам исследователей, они хотели развить искусственные мышцы, которые вместо традиционных приводов, приводимых в действие электричеством, используют приводы, которые более близко имитируют естественные биологические процессы.
«Несмотря на то, что искусственные мышцы демонстрировались в течение многих лет с использованием различных физических принципов для управления приводами, это первый раз, когда такие приводы приводятся в движение непосредственно от глюкозы и кислорода, что делает их намного более похожими на мышцы млекопитающих », — говорит Эдвин Джагер. Старший лектор в области сенсорных и исполнительных систем в Линчепинге , сказал в интервью Digital Trends .
По словам Ягера, они развили искусственные мышцы, поместив тонкую мембрану между двумя слоями электроактивного полимера, называемого полипирролом.
Как описано в исследовании, которое было впоследствии опубликовано в журнале Advanced Materials , когда материал на одной стороне мембраны приобретает положительный электрический заряд, он выталкивает ионы, вызывая его усадку. В то же время материал на другой стороне накапливает отрицательный электрический заряд и приобретает ионы, заставляя его расширяться. Это вызывает изгиб привода, аналогично тому, как сокращаются биологические мышцы . (Связанный: Обновление машин на жидком топливе: Ученые разрабатывают причудливого вида крылатку, питаемую кровоподобным составом .)
По мнению исследователей, хотя заряд, необходимый для питания «мышц», обычно поступает от батареи, он также может быть получен из глюкозы и кислорода — так же, как процесс, происходящий в живых клетках. Они попытались повторить этот процесс путем интеграции ферментов в электроактивный полимер. Исследователи предположили, что эти ферменты будут сжигать глюкозу для получения энергии так же, как мышцы.
Они были правы.
«Эти ферменты преобразуют глюкозу и кислород так же, как и в организме, для производства электронов, необходимых для приведения в движение искусственной мышцы, изготовленной из электроактивного полимера», — сказал Джагер, добавив, что их недавно разработанная «мышца» не нуждалась любые батареи.
«Достаточно просто погрузить привод в раствор глюкозы в воде», — отметил Джагер.
Хосе Мартинес, член исследовательской группы, назвал этот прорыв «удивительным».
«Когда у нас были полностью интегрированные ферменты по обе стороны привода, и он действительно двигался — ну, это было просто потрясающе», — сказал Мартинес.
Следующий шаг исследователей заключается в поиске способов контроля биологической реакции ферментов, а также для проверки возможности поддержания процесса в течение многих повторных циклов, учитывая, что их цель в конечном итоге имитировать живую мышцу.
Кроме того, исследователи хотят проверить концепцию, используя другие приводы в качестве «текстильной мышцы», а также применить недавно разработанную технологию в области микроробототехники.
По словам Джагера, их искусственные мышцы могут быть использованы для разработки медицинских мягких микророботов, которые могут помочь минимизировать потребность в инвазивных операциях; а также создание автономных самоходных микророботов, которые могут быть использованы для более эффективного мониторинга окружающей среды в водоемах.
Однако в последнем случае Джагер сказал, что им придется разработать дополнительные технологии, чтобы сделать его осуществимым, например, заменить ферменты, сжигающие глюкозу, на другие, которые больше подходят для других видов биотоплива, которые могут присутствовать в других средах.
«Глюкоза доступна во всех органах тела, и это полезное вещество для начала. Но можно переключиться на другие ферменты, которые позволят использовать привод, например, в автономных микророботах для мониторинга окружающей среды в озерах. Достижения, которые мы здесь представляем, позволяют питать приводы энергией от веществ, находящихся в их естественном окружении », — пояснил Ягер.