🤖 Штучні м’язи для роботів: як 3D-друк наближає робототехніку до живих організмів

Дослідник Університету Де Монфор у Лестері (De Montfort University Leicester, DMU) доктор Мейсам Абді вивчатиме, чи можна за допомогою 3D-друку створити штучні м'язи для нового покоління м'яких роботів.

Він став одним із лише восьми інженерів у Великій Британії, які отримали дослідницьку стипендію Royal Academy of Engineering / Leverhulme Trust на 2026/27 рік. Завдяки фінансуванню науковець зможе присвятити до року дослідженню матеріалів і конструкцій, які в перспективі дадуть роботам змогу рухатися, відчувати навколишнє середовище та реагувати на подразники подібно до живих організмів.

🧬 Одна структура — три функції

Мета дослідження — створити прототип штучного м'яза, який поєднуватиме три можливості:

• Рух. Перетворення електричної енергії на механічний рух.
• Сприйняття. Реагування на зміни навколишнього середовища та механічні впливи.
• Збирання енергії. Отримання невеликої кількості електроенергії з вібрацій або механічних рухів.

Спочатку дослідник моделюватиме різні комбінації матеріалів і конструкцій за допомогою інженерного комп'ютерного аналізу. Найперспективніші варіанти надрукують на 3D-принтері та випробують у лабораторії, щоб оцінити їхню реакцію на електричну стимуляцію.

Йдеться не про відтворення людської м'язової тканини, а про створення спеціально спроєктованих структур, властивості яких визначатимуться поєднанням матеріалів і геометрії.

⚡ Чому п'єзоелектричні матеріали такі важливі?

В основі проєкту — п'єзоелектричні матеріали, які мають незвичайну властивість: вони генерують електричний заряд під час деформації та змінюють форму під дією електричного поля.

Це робить їх перспективними для створення компактних приводів і сенсорів.

Однак є проблема: матеріали з найкращими п'єзоелектричними характеристиками часто жорсткі, крихкі, а деякі поширені варіанти містять свинець. Такі властивості ускладнюють їх використання в м'яких, гнучких і більш екологічних робототехнічних системах.

Дослідник планує поєднати спеціально підібрані матеріали з комірчастими структурами, надрукованими на 3D-принтері. Завдяки продуманій геометрії він прагне зберегти необхідні функціональні характеристики, не втрачаючи гнучкості конструкції.

🏥 Навіщо роботам бути м'якими?

Традиційні роботи здебільшого використовують жорсткі механічні компоненти. Проте дедалі частіше робототехнічні системи працюють поруч із людьми — у лікарнях, закладах догляду, будинках і на робочих місцях.

У таких умовах м'які роботи, здатні адаптуватися до контакту з людиною, можуть стати важливим напрямом підвищення безпеки взаємодії.

Живі м'язи є цікавим орієнтиром: вони забезпечують рух, сприймають механічні впливи та реагують на сигнали в межах однієї біологічної системи.

За словами Абді, для безпечної взаємодії роботів із людьми, зокрема в лікарнях, необхідно поступово відходити від виключно жорстких конструкцій.

Водночас поєднання руху, сенсорних функцій та отримання енергії в одному штучному м'язі залишається складним науковим завданням. Мета стипендії — створити прототип, який продемонструє потенціал такого підходу та стане основою для подальших досліджень.

🔬 Хто ще працює над штучними м'язами?

Подібні дослідження вже проводять провідні наукові команди світу.

• Гарвардський університет: дослідницька група Дженніфер Льюїс застосувала багатоматеріальний 3D-друк для створення тонких волокон, які згинаються та скорочуються подібно до біологічних м'язів. Їхня конструкція поєднує активний рідкокристалічний еластомер із пасивним еластомером, а характер деформації задається під час друку.
• MIT: дослідники розробили технологію біофабрикації для створення штучної м'язової тканини з різноспрямованими властивостями. За допомогою 3D-друкованого штампа вони формують канавки в м'якому гідрогелі, які спрямовують ріст м'язових клітин.

Обидва підходи демонструють, як адитивне виробництво може стати не просто способом виготовлення деталей, а інструментом програмування їхньої поведінки.

🚀 Від 3D-друкованої деталі до функціонального матеріалу

Ключова ідея дослідження Абді полягає в тому, що майбутнє робототехніки може залежати не лише від удосконалення механізмів і програмного забезпечення, а й від створення матеріалів, які самі виконують кілька функцій.

Якщо вдасться об'єднати рух, сенсорні можливості та збирання енергії в одній гнучкій структурі, це відкриє нові перспективи для м'якої робототехніки, медичних технологій і систем взаємодії людини з машинами.

Поки що це дослідницька мета, а не готова технологія. Проте саме такі експерименти допомагають окреслити наступний етап розвитку адитивного виробництва — від друку об'єктів до створення матеріалів із запрограмованими функціями.

#3DДрук #МякаРобототехніка #Матеріалознавство #Інженерія #Інновації

#3DPrinting #SoftRobotics #SmartMaterials #Engineering #Innovation

ДЖЕРЕЛО