Ученые собрали из углеродных нанотрубок сверхсильные искусственные мускулы
13 октября 2011 года
Американские ученые собрали искусственные мускулы из углеродных нанотрубок и использовали их в качестве "мотора" микроскопического миксера, который перемешивал две жидкости, говорится в статье, опубликованной в журнале Science.
Рей Боман (Ray Baughman) из университета штата Техас в Далласе (США) и его коллеги приспособили обычные углеродные нанотрубки для производства искусственных мускулов, способных сокращаться под нагрузкой, превышающую их собственную массу примерно в 2 тысячи раз.
По оценкам исследователей, эффективность их изобретения приближается или даже превосходит КПД обычных электродвигателей.
"Мускулы" состоят из нескольких углеродных нанотрубок, переплетенных по спирали в левую или правую сторону. Такие волокна, погруженные в раствор электролита, будут сокращаться, если пропускать через них электрический ток.
Появление тока вызывает деформацию спиралей из углеродных волокон, и в промежутки между ними устремляются ионы электролита. Из-за этого относительная "высота" нанотрубок уменьшается, а их толщина - увеличивается, так что мускул сокращается. Как отмечают ученые, такой механизм можно найти и в природе - в мускулах хобота слона, щупальцев осьминога и в языках некоторых ящериц.
В отличие от обычных двигателей, искусственные мускулы умеют сокращаться только в одну сторону до достижения максимального "сжатия" и после этого - в противоположную, если направление тока становится обратным.
Изобретатели проверили работу своего мускула, приспособив его для перемешивания потоков желтой и синей жидкости, которые текли параллельно друг другу в открытом сосуде с двумя входами и одним выходом.
Ученые прикрепили винт к небольшому фрагменту углеродной "пряжи" длиной в 65 миллиметров и диаметром в 15 микронов. Длина лопастей этого винта была в 200 раз больше диаметра волокна, а его масса превышала вес мускула в 80 раз.
Несмотря на огромную разницу в массе и размерах, мускульная нить активно двигала винтом, который перемешивал два потока жидкости со скоростью 360 оборотов в минуту.
По мнению ученых, их изобретение будет в первую очередь использовано в миниатюрных приборах, так как такой "мускул" механически прост, его легко уменьшить до нужных размеров и при этом он не потеряет своей силы, в отличие от обычных электрических моторов.
Кроме того, такие мускулы умеют не только превращать электричество в энергию движения, но и наоборот - используют движение и скручивание нитей для производства электричества. Такие "антимускулы" можно приспособить для производства высокочувствительных датчиков, фиксирующих направление и скорость движения.