Гелевые мышцы: быстровосстанавливающиеся легко повреждаемые или пуленепробиваемые с умеренно быстрым восстановлением?

Есть два варианта гелевых, не самых массоэкономных мышц для робототехники в т.ч. самовоспроизводящихся систем. Для роботов принял другие решения как и принципиально не применявшиеся в текущем Человечестве эффекторы в смысле Стругацких.

Первый вариант - американцы, финансируют военные США, занимаются т.к. у них весьма изрядно развита морская биология. Могут делать в т.ч. наносистемы 3D ею, пыталились в центре морской биологии лет 20 назад выращивать чипы, потом всё засекретили наглухо, быстрее всего старенького научного лидера который мог разработать системы типа квакеров, "умная" слизь для вскрытия нахождения АПЛ наших, в частности на Фаррерском рубеже.

Немногим более собственно видео есть на русском.

Приятно что работы ведуться в т.ч. в ИВМС, который интересен до сих пор передовыми в МИРЕ разработками, некоторые из которых по совокупности свойств даже близких аналогов не имели и не имеют первые десятки лет. Я высокого мнения о коллегах по наноцеху и о химиках там работающих, первоклассные спецы нужные земной колонии. Оба института где ведуться работы расположены в кварталах первых друг от друга. Это удобно. Как и то что ещё не добитый идиотами руками их 5 колонны, ГОИ, где можно делать работы по оптическим волокнам и аналитическим системам часть также в 4-7 кварталах от них. Можно получить первоклассные комплексные решения, сэкономив время, деньги уйдя от неэффективных систем.

Второй вариант предусматривает две ключевых технологии - гидрогелевые системы позволяющие создавать высокопрочные композиты, включая слизисто, за счёт встраивания/обрастания - упругую кожу подводных роботов, так и устойчивость включая 4 класс по STANAG 4569 и не боятся камней на мелководье или при быстром маневрировании в расселинах, зубов акул крупных, до 3-4м, и прочих зверушек. Вместе с сим аппарат может иметь гибкую конструкцию.

Работы по гелевым бронесистемам шли под руководством китаянки Jian Ping GONG в университете Хоккайдо, Саппоро в Нихон, оккупированной японцами.

Сама дама:
 

Полиамфолитовые сеточные системы. https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2015/mh/c5mh00127g

Авторы работали как в КНР так и в других местах:
https://www.researchgate.net/scientific-contributions/Chen-Yu-Li-2122958378

Любая наука и инженерия начинается с конкретики, интересные графики, если вы занимались тематикой:

0,25 МДж/м2 при стенке 40мм, можно иметь нулевую или выше/ниже плавучесть.
Поверхность скользкая слизистая возможна. Упругое, как и возможно иметь активное обтекание водой резко снизив сопротивление как у парусников, меч-рыбы.

Можно в принципе вообще обойтись без электрических систем применяя  если попростому - химиические и оптические системы,

Пример геля реагирующего на свет:

Из статьи японцев в Nature старой. https://www.nature.com/articles/ncomms2280

Сейчас уровень выше и часть работ засекречена по-видимому. Позволяют создать привода абсолютно устойчимвые к ЭМИ, радиопрозрачные в очень широком диапазоне хотя по моему мнению каркасные и мневмомышцы перспективнее для воздушных систем. Легче, меньше требуют ресурсов, но долговечны при ряде условий и не слишком удобных для водных нелетающих амфибийных систем.

Пока применимо разве в некоторых датчиках и максимально дешёвых системах специфических, например системах безопасности. Мною найдены другие решения, гораздо более быстрые чем гидрогелевые но и в них применение полагаю возможно, т.к. позволит снизить скорость релаксации до долей секунды и время действия до миллисекунд а в случае лаборатории на чипе и ряде систем для которых применяются сейчас струйные головки микросекунд. Так что возможно как минимум принтер-маркировщик без применения электроники иметь. Мне это больше нравится, хотя и не так как изобретённые мной эффекторы. Пойдут уже саморазмножайкам, полностью автономным как пчёлы или планктон.
В принципе на просто воде частично уже есть, малый шаг остался. Как и датчики и граданные линзы на полимерах в школьных кружках по адаптивной оптике были в 1970-80-е в Союзе.

Недостатоток таких систем очевиден - остывать долго будут. Посему химия+свет или электрическое воздействие. Так скорость релаксации много меньше хотя и уступит микромышцам электрическим кроме наносистем - там вплоть до затворов и силовой адаптивной оптики лазерной применять можно. Времена сравнимы с прохождением сантиметров светом в воздухе, сотни пикосекунд для наноразмерного аналога микрозеркал и прочих. Придумал в 2002-2005, ещё до встречи с Гусаровым, великолемный ум, уже бы сейчас имели бы как серийные. Можно резко поднять качество пучка а с прочими мерами и КПД лазеров и ряда импульсных в т.ч. резонансных систем. В частности его работа-презентация по неавтономным состояниям вещества лет семи давности понравилась. Умеет фундаментально работать, что редкостью стало в РАН.

 

Важно что это не просто пассивная оболочка может быть а сам подводный корабль или амфибия. Система преобразования энергии, движитель, условно провода и оптические каналы, системы управления и анализа окружающей ситуации, воздействия. Например разделение белков может проводится с их анализом, гибкая лаборатория на чипе. Поиск технических систем по запаху в воде. Может проводить определённые анализы крови человека. Свой-чужой в т.ч. и общая оценка состояния, экспресс-анализ вас вкупе с прочими датчиками от роборыбы/робоамфибии. Можно применять в медицине как и делать внешние и внутренние системы человека, резко увеличить выживаемость, впрочем не от ОМП, киберпанк возможен, а не просто вживление чипов в мозг как животным, искуственные равные по весогабаритам маллоотличные внешне части тела, например протезирование от хрусталика глаза до конечностей, замена гелевыми системами материалов применяется как и пористых систем из фторопласта - я консультировал разработчиков по производству ангиопротезов лет 18 назад.

Для других систем можно и 3 элемента иметь тут 5-6. Также с кларком более 0,1-0,05 + водород. В морской воде ещё и магний добавиться.

 

Понравилось то что они применять стали то, что предлагал в 1997-2000 примерно - формирование в гелевых и других системах литографически в т.ч. многолучевой литографией индуцированной трёхмерной сетке позволяющей программировать точно свойства материала. Предполагалось применять конкретно для биосовместимых искуственных хрусталиков с переменным фокусным расстоянием, возможно небольшим увеличением, зум-хрусталик с несколькими разными активными и пассивными сестмамим 4 вариантами оптик не позднее 1998 был предложен. Первые работы по литографическому модулированию свойств впрочем были в Японии, США и на уровне ДСП в СССР. В 2012 мне весьма частично удалось это провести с арамид-арамидным композитом, степень периодичности так себе была, бронестойкость 40-50мм 2 класс бронежилета - весьма относительно, по прикидкам с другим армирующим можно было до 10кг/м2  и толщине 8-14мм снизить при той же защите (неньютоновскую жидкость с разными добавками применил). Без литографии обошёлся. В частности сонохимией. О технологии знало всего 4 человека. Удалось получить изменение свойств от ломающегося жёсткого до мягкого на участке 2см. Планировалось иметь оболочку крыла с изменяемой жёсткостью. в полёте и какую-то часть с высокой жёсткостью делать. Потом нашёл более лёгкие и прочные системы.

Работы по гелевым мышцам много где шли. В т.ч. с применением химически и структурно сходных систем с теми что имелись в Саппоро.

Ведуться работы ив России в частности журнал биомеханики печатал, как пример работы:
ИСКУССТВЕННЫЕ МЫШЦЫ НА НАБУХАЮЩИХ ПОЛИМЕРАХ КАК МОДЕЛЬ МЫШЕЧНОГО АППАРАТА БИОМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Работы по объединению всего этого с ионистором шли у меня, но ввиду обрезки финансирования на половине нужной для 1 этапа в 2017 всё закончилось осенью тем же годом. Больше возвращаться нет интереса. Можно было иметь полностью от систем локального накопления энергии для быстрого сокращения, краб-боксёр и ряд прочих морских организмов воодушевляли. Амфолитовыми не занимался, но планировал. Другие системы применял, как по дисперсной среде так и по фазе, армированию.

Лёгкий радиационно-стойкий ионистор, как и гелевые системы с усилением напряжения по схеме близкой к транзистору с общей базой до 500-700кГц были получены после окончания финансирования и передачи результатов за оплаченную часть работ по чисто ионисторам.

Также были работы по гелевым топливным ячейкам и совсем эпизодические работы, давно не видел в Сети и так, по конвертерам энергии из среды/пространства, движителям на в т.ч. гелевых системах.

Ведуться работы по производству водорода из морской воды, фотокаталитическое разложение известно с работ 19 начала 20 века и относительно готовую систему, отапливал дом, применил профессор Мур из Калифорнии в середине 1930-х,

Одна из многочисленных, много китайских фамилий в журналах, современных работ говорит о внимании китайских товарищей и англосаксов к полному циклу массовой морской робототехники Limin Guo, Zhenzhong Yang, Kyle Marcus, Zhao Li, Bingcheng Luo, Le Zhou, Xiaohui Wang, Yingge Du, Yang Yang. MoS2/TiO2 Heterostructures as Nonmetal Plasmonic Photocatalysts for Highly Efficient Hydrogen Evolution. Energy Environ. Sci., 2017; DOI: 10.1039/C7EE02464A

Применяются традиционные фотокатализаторы на нанокристаллических TiO2, причём не применяют массово по крайней мере оксид циркония и прочие редкие, дорогие материалы, что хорошо для саморазмножающейся робототехники.

Также солнечные ячейки на купоросе, достаточно редком в природе материале, думаю к алюминию и прочим обратятся, как когда-то к перовскитам. https://www.researchgate.net/profile/Ying_Yang11

Гелевые аккумуляторы гибкие уже давно были. Амфолиты это как явствует из названия аморфные электролиты, соединения, если грубо, не имеющие редких элементов, имеющие кислотный и основной центр, в принципе как и ряд других систем позволяют не имея редких и дорогих элементов собирать робототехнические системы в море или в реках, особенно на болотах. Болот в России много. Есть алюминий, кремний (глина), сера, вода, часто железо, много органики годной для переработке в тех же торфянниках и прочее.

Также гелевые системы можно на несколько порядков как минимум моделировать по проводимости при первично одинаковом составе. Это, вкупе с выше и нижеперечисленным даёт в совокупности возможность создавать полноценные системы, грубо говоря собрать рыбу/амфибию из неорганики или простой органики, имеющую в отличие от биосистем устойчивость к ряду воздействий которые уничтожат любые биосистемы. От ядов, ударных волн до высоких уровней ионизирующего излучения.

Принципиально важно что оба подхода в той или иной мере соответствуют системам размножающихся в ПРИРОДНОЙ среде. Думаю смогут размножаться и в некоторых типах бытовой канализации. Или как уже писал - на помойках.

Технологии достаточно простые, проще и сложнее одновременно чем на видео где магнитный вариант высушенного геля делался.

В СПб интересные результаты по дисперсным магентикам, магнитным жидкостям, имел Ефим Ефимович Бибик из Техноложки. Работы не революционные но добротные, полезные были на том, 1990-2000-х годов, этапе. Квантовые магнитные управляемые жидкие системы так не создать но для управляемых жёсткости и вязкости средах - вполне. Это лучше чем опилки магнитные в масле как в немецких старых амортизаторах переменной жёсткости. Можно иметь сложного поведения магнитные системы, ведущие себя и как крыпные и как мелкие частицы в среде с возможностью перемещения и как гель. Работы в 2005 делал - крайне полезна были встречи с Гусаровым, занимавшийся тем временем синтезированным хризотил-асбестом в интересах ядерной безопасности (Гусаров В.В., Альмяшев В.И., Хабенский В.Б., Бешта С.В., Грановский В.С. Физико-химическое моделирование и анализ процессов взаимодействия расплава активной зоны ядерного реактора с жертвенным материалом. Физика и химия стекла. 2005. Т. 31, № 1. С. 71-90.) - теперь наши решения наиболее безопасные в мире. Сам, какие-то ранее также делал, ещё студентом и в СССР. Наиболее полезные результаты дали не опыты а наблюдение за работой гидрогелей искусственного и природного происхождения в области поисковой гидрогеохимии, отец по телу занимался. Как и моё "общение" с насекомыми. Можно иметь замену крупных химпроизводств портативными системами, полностью автономными, без людей.

Полезны квантовые магнитные наносистемы, речь идёт о первых нанометрах, как минимум 2-3-уровневое структурирование динамическое, полезны в той части что позволяют создавать радиопрозрачные, как минимум до применения, сильные магниты  как и создавать один из вариантов магнитных мышц, также полезны в ряде конвертеров.

 

Отдельно коллег по "мышечному цеху" прототипы, в т.ч. в РФ макетов экзоскелетов и законченных решений собранные на всяческих видах мышц как и общее дающее некоторую пусть сумбурную зато достаточно широкую картину возможных решений по искусственным мышцам:

Для снижения цены покупки полноценных промышленных экзоскелетов нагрузочного класса на руки 60-70км, способных хотя бы несколько суток без заправки и зарядки функционировать - я был в ряде мест в геологии где такое было крайне потребно, любая крупная техника исключена, бывало что и даже при очень дорогой и зависящей от погоды вертолётной доставке, обычные электроприводы с проводами как и гидравлика, пнемоцилиндры также малоприменимы, нужны чисто интегрированные решения с хорошей культурой веса и приемлемыми габаритами, IP66-67. Невыполнение данных требований ведёт к отказу от применения экзоскелетов/ робототехники или применения с высоким риском срыва поставленных производственных и научных задач, калечением и гибелью людей, роботов автономных.

 

 

Ввиду полного отсутствия работ как по системам как комплексного законченного решения по данной теме в РФ и вторичной важности по сравнению с работами по негуманоидам, другое оборудование с нуля создаваемое требуется, а также загруженности разработками по другим направлениям публикую спустя 2-25 лет как. Очередное временное окно ВАШИХ и моих, в  смысле полезных в некотором смысле систем, возможностей ушло.

Автор текста кроме ссылок Лебедев Владислав Анатольевич (с) 24 сентября 2020

Картинки и видео из статей по теме.

Свои с фото композитов и ионисторов гибких будут добавлены позднее, на других компах храняться. Что-то фотографировать впервые придётся.