В России создали искусственную «мышечную ткань»
МОСКВА, 3 фев — РИА Новости. Новый материал, который может подобно мышцам превращать энергию химической реакции в механическое движение, создали ученые БФУ в составе исследовательского коллектива. Способность материала обратимо сжиматься и растягиваться, позволит использовать его для изучения работы мускулатуры (например, сердца или стенок кишечника) и создания искусственных аналогов мышц. Результаты представлены в Frontiers of Materials Science.
Имитация многих движений, свойственных живым тканям (например, перистальтика или цилиарное движение), представляет собой значительную сложность при использовании классических механизмов. Мышцы представляют собой гибкие, эластичные и саморегулирующиеся приводы, способные изменять свои свойства в процессе работы, что позволяет им создавать естественные, плавные движения. Имитация такой биомеханики труднодостижима для жестких механических систем, но доступна при использовании полимерных хемомеханических материалов.
Ученые БФУ совместно с коллегами из Курского государственного университета и Санкт-Петербургского НИИ Фтизиопульмонологии создали новый гелевый материал, который способен вести себя как мышечная ткань. Он расширяется и сжимается при протекании в нем колебательной химической реакции Белоусова-Жаботинского, при этом моделируя сложные ритмичные виды движения, такие как автономное биение сердца и перистальтическое сокращение мышц.«»Периодические изменения геометрии таких гелей возникают в результате возникновения химических колебаний в геле, влияющих на свойства (гидрофильность, плотность физической сшивки) полимерной матрицы геля. Движущей силой изменений выступает периодическая реакция Белоусова-Жаботинского, которая включает в себя сложную серию химических превращений. На основе разработанных гелей в будущем возможно создание устройств для мягкой робототехники, в том числе биомиметических двигателей», — рассказал старший научный сотрудник Центра прикладной нелинейной динамики БФУ им. И. Канта Илья Мальфанов.
Ученый добавил, что разработанные гели демонстрируют значения амплитуд хемомеханических колебаний объема около 60 процентов, что вдвое больше, чем для аналогов, созданных зарубежными коллегами.
«В нашей системе, при протекании периодической реакции происходит периодическое окисление и восстановления комплекса железа, встроенного в гель, что, в свою очередь, приводит к периодическим расширениям и сжатиям геля. В качестве «топлива» для такой химической «мышцы» выступают малоновая кислота и бромат натрия», — объяснил Мальфанов.
Старшие научные сотрудники Центра прикладной нелинейной динамики БФУ им. И. Канта Иван Проскуркин и Илья Мальфанов
В будущем коллектив исследователей планирует улучшить колебательные характеристики разработанных материалов и создать на их основе хемомеханические устройства, преобразующие колебания гелей в сложные виды движения мягких роботов – ползание, плавание, ходьбу.