Исследователи БФУ в составе международной группы разработали новый материал, который, подобно мышцам, способен преобразовывать энергию химической реакции в механическое движение. Его свойство обратимо сжиматься и расширяться открывает перспективы для изучения работы мускулатуры (например, сердца или стенок кишечника) и для создания искусственных аналогов мышечных тканей.
Результаты опубликованы в журнале Frontiers of Materials Science. Воспроизвести множество типов движений, характерных для живых тканей (таких как перистальтика или движения ресничек), с помощью традиционных механических решений оказывается крайне сложно.
Мышечная ткань представляет собой гибкие, эластичные и саморегулирующиеся приводы, которые меняют свои характеристики в процессе работы, обеспечивая естественную и плавную кинематику. Жестким механическим системам трудно имитировать такую биомеханику, тогда как полимерные хемомеханические материалы позволяют приблизиться к этому.
Ученые БФУ вместе с коллегами из Курского государственного университета и Санкт-Петербургского НИИ фтизиопульмонологии создали новый гелевый состав, проявляющий поведение, схожее с мышечной тканью. При протекании в нём колебательной реакции Белоусова — Жаботинского гель циклически расширяется и сжимается, моделируя сложные ритмические движения, в том числе автономное биение, похожее на работу сердца, и перистальтические сокращения.
«Периодические изменения формы таких гелей возникают вследствие химических колебаний внутри матрицы, которые меняют её свойства — например гидрофильность и плотность физической сшивки полимерной сети. Двигателем этих трансформаций является периодическая реакция Белоусова — Жаботинского, включающая сложную цепочку химических превращений», — пояснил старший научный сотрудник Центра прикладной нелинейной динамики БФУ им. Канта Илья Мальфанов.
По его словам, на базе разработанных гелей в перспективе можно создавать элементы для мягкой робототехники, в том числе биомиметические приводы.
Ваш браузер не поддерживает данный формат.