Как гибкий волоконный мотор изменит гуманоидных роботов и умную одежду

Швейцарские ученые из Федеральной политехнической школы Лозанны представили революционную разработку — гибкий электростатический привод FiberMotor толщиной всего в несколько миллиметров. Устройство способно кардинально изменить индустрию андроидов и носимой электроники, избавив механизмы от неестественной жесткости движений, сообщает Ertenmedia.kz.

Как устроен телескопический микромотор

Большинство современных человекоподобных роботов используют массивные металлические двигатели в каждом суставе. Из-за этого их шаги и манипуляции руками выглядят скованными и угловатыми. Традиционные искусственные мышцы, в свою очередь, работают за счет расширения или сжатия полимеров, поэтому амплитуда их действия жестко ограничена эластичностью материала.

FiberMotor решает эту проблему принципиально иным способом. Двигатель состоит из двух концентрических полых полимерных волокон диаметром от 1 до 3 миллиметров. Каждая трубка оплетена тончайшими медными электродами в изоляции, толщина которых сравнима с человеческим волосом. При подаче электрического напряжения электростатические силы выравнивают трубки, заставляя внутреннее волокно плавно скользить внутри внешнего подобно секциям телескопа.

Диапазон движения FiberMotor ограничен исключительно длиной самого волокна. Чтобы увеличить амплитуду хода привода, конструкторам не требуется собирать тяжелый мотор — достаточно сделать нити длиннее.

Испытания на практике и возможности технологии

Разработчики провели серию тестов, результаты которых опубликованы в престижном научном издании Advanced Materials. Опыты доказали эффективность технологии даже при минимальных размерах. Одиночное волокно способно удерживать статическую нагрузку до 75 граммов. Связка всего из четырех таких моторов подняла 46-граммовую плитку шоколада и успешно согнула роботизированный палец на искусственных сухожилиях.

Критически важным свойством FiberMotor стала податливость приводов. Стандартные механические узлы при столкновении с преградой заклинивают или оказывают жесткое сопротивление, создавая риск травмы для оператора. Волоконный мотор мгновенно уступает внешней нагрузке, гарантируя безопасный контакт между машиной и человеком.

«FiberMotor стал первым в мире скользящим двигателем в формате волокна. Он вырабатывает достаточное усилие для задач мягкой робототехники, оставаясь при этом бесшумным, гибким и двунаправленным», — отметил руководитель исследовательской группы Герберт Ши.

От реабилитационных костюмов до коммерческого внедрения

Сфера применения швейцарской инновации выходит далеко за рамки классической робототехники. Исследователи успешно интегрировали двигатели в экспериментальный элемент одежды для коленного сустава. Тонкие нити легко вшиваются в ткань, не утяжеляя вещи и не стесняя движений владельца.

Такое решение открывает прямой путь к созданию легких текстильных экзокостюмов для пожилых людей и пациентов, проходящих реабилитацию после травм. Кроме того, технология идеально подходит для тактильных костюмов виртуальной реальности и сверхлегких бионических протезов конечностей.

Для вывода разработки в промышленный сектор ученые создали спин-офф компанию Elecsyor. Сейчас инженерная команда занята повышением износостойкости нитей и наращиванием плотности тягового усилия перед стартом серийного выпуска.