Вот поворот: Ученые проектировали гибкую, подобную пряже искусственную мышцу, которая может также обладать мощностью. Это может заключить контракт в 25 миллисекундах — доля времени, которое это занимает для мигания глазом — и может произвести энергию, в 85 раз более большую, чем столь же размерная человеческая мышца.
Новые мышцы сделаны из углеродных нанотрубок, заполненных парафином, который может крутить или простираться в ответ на тепло или электричество. Когда температура повышается, воск плавит и вынуждает нанотрубки заключить контракт. Такие искусственные мышцы, исследователи говорят, могли привести в действие умные материалы, датчики, роботы, и даже устройства в человеческом теле.Трудно сделать умную мышцу: искусственная мышца, которая одновременно эффективна, быстра, сильна, и в состоянии крутить и повернуться.
Но такие мышцы были бы большим благом для многочисленных отраслей промышленности, включая робототехнику и умные датчики, потому что они могут превратить энергию в движение в крошечном масштабе. Ища сильный, гибкий материал, ученые повернулись к углеродным нанотрубкам: долго, полые цилиндры графена с необычно сильными связями, скрепляющими их. Но предыдущие мышцы углеродной нанотрубки электрохимически базировались: мышцы были погружены в раствор электролита, который проведет сигналы вынудить нанотрубки заключить контракт.«Проблема с этим – Вы, заканчивают тем, что нуждались в электролите и электроде и контейнере для всего этого, и суммарный объем устройства заканчивает тем, что был намного больше, чем мышца», говорит материаловед Рэй Богмен из университета Техаса, Далласа.
Кроме того, он говорит, раствор электролита ухудшался бы в течение долгого времени, и требуемые мешки жидкости могли протечь.От ворот поворот. Миниатюрную греко-римскую катапульту стиля ведет заполненная воском пряжа углеродной нанотрубки.
Видео любезность Алана Г. Макдиармида Институт NanoTech, университет Техаса в ДалласеБольше научных видео новостей
Но, бригада Богмена поняла, если они могли бы вместо этого вселить материал в углеродные нанотрубки для управления сокращением, они могли бы покончить с раствором электролита. Исследователи придумали простой дизайн: Они впитали нановолокна в воске и затем крутили их в пряжу.
Расположение углеродных нановолокон в пряже подобно волокнам в игре ребенка западни пальца, в которой попытка вытащить Ваши пальцы из трубы только сжимает его больше. В случае углеродных нановолокон расширение интегрированного воска сокращает волокна. И объем воска может быть изменен путем изменения температуры, или использования внешних источников энергии или в ответ на окружающую среду. Новые мышцы, бригада сообщает онлайн сегодня в Науке, могут снять приблизительно 100 000 раз свой собственный вес — много раз больше, чем естественное человеческое мышечное волокно.
«По сравнению с их размером и весом, производительность этих мышц является захватывающей», говорит Богмен. «И мы можем сделать все виды вещей с ними: Мы можем соткать их; мы можем плести их; мы можем связать их; мы можем сократить их в различных длинах».Богмен предполагает, что мышцы могли быть полезны для обеспечения энергии для microfluidics жареного картофеля, генерация точных выражений лица в роботах и обеспечения движения в маленьких игрушках, таких как автоматизированная рыба в аквариуме. Для многих других заявлений — таких как те в человеческом теле и «умных тканях», которые могли стать более пористыми, когда температура нагревается или контракт вокруг открытой раны — мышцы должны будут быть улучшены и увеличены в размере.«Новые мышцы заполняют область, которую мы не были в состоянии заполнить прежде», говорит инженер-механик Марк Шульц из университета Цинциннати в Огайо, не вовлеченный в новую работу.
Однако примечания Шульца, «Я думаю, что это находится определенно все еще в стадии прогрессии. Я думаю, что мы начнем видеть различные конфигурации и новые материалы, являющиеся интегрированным в. Существует большой потенциал для создания его более сильным».
Мышцы в настоящее время работают наиболее эффективно при высоких температурах, он указывает, которые ограничивают их текущее использование в повседневном применении. «Проектировщики оказываются перед необходимостью понимать все свойства и затем делают некоторый тщательный анализ, чтобы видеть, соответствует ли он применению, они интересуются».