Paindlik Apellatsioon: Teadlased Loovad Süsinik-nanotoru Lihaseid

2023 Autor: Peter Bradberry | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-07-27 17:19

Teadlased katsetavad uut puhvetit ja sitket materjali, mis paisub või tõmbub kokku elektrilaengu rakendamisel ning on võimeline vastu pidama lõõskavale kuumusele ja pakasekülmale.

Teadlased on aastakümneid välja töötanud polümeere ja muid materjale, mida nad loodavad kunagi kasutada kunstlike lihaste loomiseks, mis elektrilaengu korral jäljendavad tegelikku asja odavamalt ja tõhusamalt kui tänapäeval kasutatavad hüdrosüsteemid ja elektrimootorid. Rühm Texase ülikooli Dallase Alan G. MacDiarmid NanoTech Instituudi teadlasi teatas täna Science'is, et nad on demonstreerinud põhimõtteliselt uut tüüpi kunstlikke lihaseid, mis koosnevad peaaegu eranditult süsiniku nanotorudest ja mis võivad töötada äärmiselt madalatel temperatuuridel, mis põhjustada teiste kunstlike lihaste süsteemide külmumist ja väga kõrgel temperatuuril, mis põhjustaks teiste lihassüsteemide lagunemist.

Uuringu kaasautor ja instituudi direktor, keemiaprofessor Ray Baughman ütleb, et selline kerge ja madala tihedusega kunstlihas suudab taluda temperatuure vedela lämmastiku (-321 kraadi Fahrenheighti või -196 kraadi Celsiuse järgi) ja raua sulamistemperatuuri (2, 800 ° F või 1, 538 ° C) võiks kasutada liigeste, käte ja muude konstruktsioonide komponentide liigutamiseks kosmose, lennunduse ja planeedi uurimiseks, kus vaenulik keskkond keelab mis tahes muud tüüpi täitematerjali kasutamise.

kuigi tehislihased töötavad üldjuhul loomalihastega samal põhimõttel, ei kasutata süsinik nanotoruga kunstlihaseid tõenäoliselt jäsemete proteesimisel ega koe asendamisel. "Käivitamiseks kasutatavad kõrged pinged välistavad koe asendamise võimaluse," ütleb Baughman ja lisab, et proteesivad jäsemed ei vaja uue materjali kiiret reageerimise kiirust ega võimet taluda äärmuslikke temperatuure. Muud tüüpi kunstlikud lihased, eriti need, mis muudavad kütuste keemilise energia mehaaniliseks, sobivad proteesimiseks paremini, lisab ta.

Uus kunstlihas on tegelikult läbipaistev "aerogeeli" leht (nn seetõttu, et suurem osa lehe mahust on kas õhk või vaakum). Aerogeel koosneb joondatud süsiniknanotorudest, mis läbivad materjali: Lehe "eritugevus" (tugevus jagatud tihedusega) ületab tugevaima terasplaadi oma, kui seda üritatakse venitada samas suunas, kuhu nanotorud on joondatud, Baughman ütleb. Külgsuunas tõmmates venib materjal siiski kergemini. "Sellel materjalil on need omadused olenemata sellest, kas see on laetud või mitte," lisab ta.

"Ray rühma peamine eesmärk on vaadata erinevaid materjale, näha, kas nad saavad neist liikumist ja jõudu välja, ja seejärel vaadata, kui kaugele nad neid suudavad tõugata," ütleb John Madden, dünaamika dotsent Briti Columbia ülikool Vancouveris.

Aerogeeli leht, mis on algselt toodetud umbes 20 mikronit (üks mikron võrdub umbes 40 miljondiku tolliga) ja tihedamana, võib umbes 50 nanomeetri (üks nanomeeter on 40 miljardikku tolli) paksune laieneda kuni kolm korda oma algsest positiivse pinge rakendamisel (midagi muud kahjustaks materjali) ja mahla sulgemisel kahaneb see algsele suurusele. See laienemine tuleneb süsinik-nanotorude tekitavatest tõukejõududest (surudes need üksteisest kaugemale), kui materjalile rakendatakse elektrit. Meeskond on "loonud materjali, mida keegi teine pole loonud", ütleb Madden, kes kirjutas uurimistööst uuringule lisatud teadusartiklis. "See pole mitte ainult kerge, vaid ühes suunas väga tugev, kuid teises suunas pole sellel peaaegu mingit jäikust. Ma pole kunagi näinud midagi, kus suundade vahel oleks nii palju erinevusi."

Kuna nanotorud hajutavad valgust risti nende joondamise suunaga, saab orgaaniliste valgust kiirgavate ekraanide, päikesepatareide, ioonide eemaldamise abil kasutatavate nanotorude elektroodide täiustamiseks kasutada võimalust muuta aerogeeli lehtede tihedust ja seejärel need sellisel kujul külmutada. kiired ja külma elektronvälja emissioon , vastavalt Science aruandele.

Pikemas perspektiivis võivad kunstlihase temperatuurikindlad omadused osutuda kasulikuks teiste planeetide uurimisel. "Teil võib seda vaja minna, kui soovite muuta kosmoseaparaadi käitamiseks kasutatavate päikesepatareide suunda, kui see liigub läbi kosmose madalate temperatuuride," ütleb Baughman. Lisaks oleks satelliit, uurimissõiduk või kosmoseaparaat, mis kasutab aerogeelist tehislihaseid, mitte terasest hüdrosüsteemi või mootorit, palju kergem ja vajaks kosmosesse lendamiseks vähem energiat. "Rakenduste jaoks, kus soovite kaalu minimeerida," ütleb ta, "seal saaks aerogeel hästi hakkama."

Materjali madal tihedus oleks aga Maal asuvate hoonete jaoks vähem eelis, sest näiteks hoones kulub terasest tala töö jaoks palju aerogeeli. "[Aerogeelist valmistatud] tala võib olla kergem," ütleb Madden, "kuid see peaks olema palju suurem."

Baughman on kunstlihase viimane näide; mitu muud tüüpi on juba aastaid töös olnud. SRI International ja Jaapani Hyper Drive Corp. katsetasid detsembris Californias Santa Cruzi rannikul ühiselt välja töötatud poile monteeritud ookeanilaine jõul töötavat generaatorit, milles kasutati akordionilaadset seadet, mis oli valmistatud elektroaktiivsest polümeerist kunstlikust lihasest (EPAM), et luua mehaaniline energia, mis muundati elektriks. Ja 2005. aastal saavutas keskkooliõpilane Panna Felsen (tollal 17) käte maadlusvõistlusel kolm erinevat kunstlikult lihastega robotkätt. New Mexico osariigis asuva Environmental Robots, Inc. (ERI) toodetud robotkäsi pingutas kõige paremini, elades üle 26 sekundi, samas kui Virginia Polütehnilise Instituudi ning Šveitsi Föderaalse Tehnoloogiainstituudi materjalide testimise ja uurimise laborite relvad kaotasid vähem kui neli sekundit.