Ученые из Нанотехнологического Института Техаса в Далласе продемонстрировали принципиально новый тип искусственных мышц, которые могут работать при экстремальных температурах, – ниже температуры жидкого азота (-196° C) и выше температуры плавления железа (1538° C), что ранее было невозможно.
А) Полоска искусственной мышцы без напряжения; В) Полоска искусственной мышцы с напряжением в 5 кВ); С) Полоска искусственной мышцы, приведенная в действие при температуре 1500К под напряжением 5 кВ.
Двигаться эти искусственные мышцы могут в 1000 раз быстрее, чем естественные и растягиваться в 10 раз больше. Также они могут развивать силу в 30 раз превосходящую силу природных мышц, имеющих такую же площадь поперечного сечения. Естественные мышцы могут сокращаться примерно на 20 процентов в секунду, а новый вид искусственных мышц способен сокращаться на 30000 процентов в секунду.
Об открытии сообщили в недавнем мартовском номере Science (Giant Stroke, Superelastic Carbon Nanotube Aerogel Muscles).
Эти искусственные мышцы состоят из углеродных нанотрубок, которые образуют пластины аэрогеля. Для получения нанотрубок разработана новая твердотельная технология. Иногда называемый «замороженным» или «застывшим дымом» (frozen smoke), аэрогель представляет собой низкой плотности твердотельный материал, полученный из геля, в котором жидкая составляющая заменена газом. Аэрогель состоит в основном из воздуха.
Исходный материал представляет собой массив вертикально структурированных нанотрубок, которые формируются при тепловом химическом процессе. Ввиду особого расположения этих нанотрубок их называют лесом, поскольку они похожи на бамбуковые леса. Углеродные нанотрубки могут формироваться в листы со скоростью два метра в секунду. Листы образуются такой низкой плотности, что лист весящий примерно 28,35 грамм будет занимать площадь примерно 0,405 гектара.
Цифровой сканирующий микроснимок листа из углеродных нанотрубок.
Когда ученые подают напряжение на углеродные нанотрубки аэрогельных листов, нанотрубки начинают отталкиваться друг от друга, что создает эффект работы мышцы. Эти листы обладают странными свойствами, которые имеют важное значение для работы мышц. Обладая низкой плотностью, почти равной плотности воздуха, листы при этом обладают прочностью большей, чем стальная пластина. При растяжении/сжатии в поперечном направлении они демонстрируют свойственную резине эластичность, но механизм совершенно иной, чем для обычной резины. Из-за наночастиц и микромасштабной структуры процент эластичности в 15 раз выше, чем процент литеральных сокращений.
«Наши новые методы производства углеродных нанотрубок, этих листов, с их особыми свойствами и замечательными показателями, эти искусственные мышцы - это лишь начало истории. Думаю, что они будут использоваться в новых направлениях исследователями во всем мире», сказал доктор Рэй Богмэн (Ray H. Baughman), один из авторов статьи. Роберт Уэлч, профессор химии и директор Института NanoTech, говорит «Я считаю, что эта история со счастливым концом, это касается новых изобретений для блага человечества».
Возможность сгибать, регулируя плотность листов нанотрубок, и изменять форму листа, скорее всего обеспечит скорейшее применение этой технологии. Из-за их чрезвычайно малого веса и переменной плотности углеродные нанотрубки могут сделать аэрогель высоко востребованным материалом для использования в искусственных мышцах, а также в солнечных батареях. Проводящие свойства этого аэрогеля, наряду с его способностью резко увеличивать свою площадь, могут усовершенствовать солнечные элементы питания за счет более эффективного сбора и хранения энергии. Кроме того, поскольку ни одна другая искусственная мышца не может работать при таких экстремально низких и высоких температурах, применение этих мышц возможно и в космических исследованиях, в условиях враждебной среды, не позволяющей использования любых других материалов.
Источники: physorg.com, sciam.comПохожие статьи:
Новые нано-аккумуляторы
Учёные MIT пытаются создать искусственные кровеносные сосуды
Самый темный в мире материал
Нанотехнологи нашли способ левитации
Искусственный атом генерирует лазерное излучение
Комментарии (0)