Электромотор ужали до нитки: экзоскелет будущего будут не собирать из железа, а надевать как кофту
Инженеры превратили линейный электромотор в гибкую нить диаметром от одного до трёх миллиметров. Разработанный FiberMotor гнётся вместе с тканью, двигается в обе стороны и развивает достаточно силы, чтобы сгибать роботизированный палец или помогать носимым устройствам двигать части тела.
Внутри мотора находятся два полых волокна, вставленных одно в другое. Вокруг каждого по спирали намотаны тонкие изолированные медные электроды. Напряжение заставляет электроды притягиваться в заданной последовательности, поэтому внутреннее волокно шаг за шагом скользит вдоль внешнего. Получается прямое поступательное движение без шестерёнок, ремней и других жёстких деталей обычного привода.
Принцип заметно отличается от искусственных мышц, которые сокращаются, растягиваются или изгибаются за счёт деформации материала. FiberMotor ничего не приходится сильно растягивать: два волокна просто смещаются относительно друг друга. Поэтому длину хода ограничивает в основном длина самой нити, а не способность материала сжаться или растянуться.
В испытаниях отдельные моторы без нагрузки разгонялись быстрее 85 мм/с, а один из вариантов достиг 104 мм/с. Максимальная удерживающая сила превышала 750 мН. Если мощности одной нити мало, несколько приводов можно собрать параллельно: четыре FiberMotor вместе подняли шоколадный батончик массой 46 г и согнули палец роботизированной кисти.
Гибкость особенно пригодится в носимой робототехнике. Обычный мотор часто требует жёсткого корпуса и механической передачи, которые трудно удобно разместить на одежде. FiberMotor можно распределить по ткани: исследователи уже встроили нити в экспериментальный элемент одежды, повторяющий форму колена. Если человек неожиданно двинется против направления тяги, волокна могут проскользнуть относительно друг друга, не запирая сустав жёстким приводом.
До готового экзокостюма разработке ещё далеко. Опытные образцы подключали к внешнему высоковольтному источнику питания, а испытания под нагрузкой пока проводили лишь на небольших скоростях. Большинство моторов выдерживало свыше тысячи циклов, отдельные образцы непрерывно работали до 24 часов. Чаще всего нити выходили из строя из-за электрического пробоя изоляции.
Авторы хотят сделать электроды тоньше, увеличить мощность и срок службы мотора, а позже добавить датчики положения. Если инженерам удастся решить вопросы питания и долговечности, гибкие приводы можно будет вплетать в мягкие экзокостюмы, лёгкие протезы и одежду с тактильной отдачей для виртуальной реальности.