Інженери Токійського технологічного інституту збільшили силу, що генерується приводом для штучних м’язів, за допомогою сегнетоелектричних матеріалів, які мають спонтанну поляризацію. При тому ж рівні напруги пристрій створює на електродах сили в 1 200 разів вище, ніж у звичайних параелектричних матеріалів.
В якості сегнетоелектричного матеріалу дослідники використовували рідкі кристали в особливій нематичній фазі. Це фаза, в якій довгі осі молекул розташовані паралельними лініями, а не шарами. Вчені встановили, що матеріал може текти як рідина при кімнатній температурі, володіючи при цьому стержнеутворюючою молекулярною структурою, подібною структурі твердих кристалів.
Технологія 3D-друку сегнетоелектричного приводу. Зображення: Suzushi Nishimura et al., Advanced Physics Research
Завдяки цим характеристикам у таких матеріалів вище поляризація. В ході випробувань було виявлено, що сегнетоелектричний рідкий кристал створює сили на електродах, які в 1200 разів вище, ніж у звичайних параелектричних матеріалів, таких як ізоляційна олива.
За допомогою сегнетоелектричних рідких кристалів і 3D-друкованого електрода з подвійною спіраллю дослідники розробили електростатичний привід, який працює при низькій напрузі і здатний скорочуватися і розширюватися, як це роблять м’язи.
Скорочення приводу на 19% під впливом напруги в 200 в. Зображення: Tokyo Institute of Technology
Використання фероелектричного середовища, яке генерувало сили, достатні для досягнення скорочення на 6,3 мм (19% довжини) при застосуванні 200 В. Також було помічено, що пристрій трохи рухається при 18 В, що вказує на те, що він може живитися навіть від простої батареї, відзначають дослідники.
Електростатичні приводи – це прості і легкі пристрої, що імітують людські м’язи. Їх використання дотепер в основному обмежувалося переміщенням невеликих ваг, оскільки для створення значних сил їм потрібна висока напруга, пояснюють вчені. Для створення сил, достатніх для підтримки руху і діяльності людини, традиційним пристроям потрібна напруга, яка може бути небезпечна для організму.