В США создали металлическую «мышцу» для истребителей и роботов с эффектом памяти
Революционный сплав может изменить подход к проектированию техники. Он сам меняет форму при нагревании. Ученые подобрали оптимальный состав с помощью анализа данных и автоматизированных тестов. Он пригодится в авиации, робототехнике и даже в космосе.
Полина ТихоноваАвтор Hi-Tech Mail
Американские ученые создали уникальный материал, который способен менять форму под действием электричества или нагрева. Эта разработка может серьезно повлиять на конструкции истребителей и роботов. В ее основе — высокотемпературные сплавы с эффектом памяти формы. Они работают как искусственные мышцы: двигаются и возвращаются обратно без традиционных двигателей и сложных механизмов.
Сейчас крылья боевых самолетов вроде F/A-18 складываются с помощью тяжелых гидравлических приводов. Они крепкие, но утяжеляют конструкцию и ограничивают маневренность. Особенно это неудобно в случае с авианосцами, где нужно компактное и быстро обслуживаемое оборудование. Новый сплав, разработанный исследователями из Техасского университета, может заменить эти системы на компактные, легкие и энергоэффективные компоненты, которые реагируют на нагрев, как мышцы на сигнал.
Разработка основана на использовании сплава NiTiCuHf — это соединение никеля, титана, меди и гафния. Он способен деформироваться при высоких температурах, а затем восстанавливать исходную форму при охлаждении. Главное преимущество — сплав работает в диапазоне до 350 градусов по Цельсию, не теряя свойств. Это критически важно для авиации и промышленности, где используются экстремальные условия.
Для ускоренного создания материала ученые подключили машинное обучение. Компьютерная модель предсказывает, какие пропорции металлов могут дать нужный результат. Этот метод называется Batch Bayesian Optimization — он помогает делать выводы на основе уже проведенных тестов и уменьшает число ненужных опытов. Вместо перебора сотен комбинаций вручную система предлагает сразу самые перспективные.
Кроме температуры трансформации разработчики учитывали так называемую тепловую гистерезис — разницу между нагревом и охлаждением в процессе деформации. Чем она меньше, тем точнее и стабильнее работает «мышца». Используя активное обучение, команда нашла комбинации, у которых эта разница рекордно низкая. Это значит, что материал будет надежно срабатывать даже при частых циклах нагрева.
В ходе работы исследователи моделировали состав и контролировали термообработку. Особая программа подсказывала, как именно надо закаливать металл, чтобы добиться нужных свойств. Это позволило избежать дорогостоящих ошибок и довести качество материала до высокого без редкоземельных добавок.
Новая технология может быть полезна не только в военной технике. Такие «мышцы» пригодятся в медицинских приборах, роботах-манипуляторах и спутниковых системах. Везде, где важны точные и не хлипкие движения в условиях ограниченного пространства и легкого веса. Вместо сложных электромоторов получится использовать компактные приводы, которые действуют за счет физики самого материала.
Сейчас технология проходит лабораторные испытания, но уже доказала свою работоспособность. Нет сомнений, что в будущем боевые машины станут быстрее, легче и технологичнее. А сам подход к разработке новых материалов изменится — долгие исследования и поиски того самого компонента сменит вычислительная работа алгоритмов.
Ранее мы писали о том, что люди с Neuralink смогут «переселяться» в тела роботов Tesla.
Поделиться
