Искусственные мускулы из сплетенных углеродных нанотрубок — основа для создания крошечных электродвигателей.

Волокно из сплетенных углеродных нанотрубок

Международная команда ученых из США, Австралии, Канады и Кореи создала «пряжу» из углеродных нанотрубок, которая будет приводить в движение миниатюрные электрические двигатели. Структура «этой» пряжи позаимствована у матушки-природы, именно такое строение имеют мышечные волокна, которые позволяют крутиться, укорачиваться и удлиняться хоботу слона. Но углеродная «пряжа», вращаясь, может совершать в тысячи раз больше оборотов, чем прототип естественного происхождения. Этот прорыв имеет огромное значение для создания крошечных насосов, вентильных приводов и других микроскопических устройств, которые для своего функционирования требую применения микроскопических двигателей.

Базой для этих исследований послужили исследования профессора Рея Х. Богмена (Ray H. Baughman) из Техасского университета в Далласе. Еще в 2006 году Богмен использовал сплетенные углеродные нанотрубки с перспективой использования их в качестве искусственных мускулов, которые должны приводить в движение электромеханические импланты, размещенные внутри тела человека, или миниатюрных роботов.

«Одно из возможных применений в будущем наших вращающихся «нанотрубочных мускулов» является их использование в качестве двигательного аппарата микророботов, которые находятся в теле человека и выполняют при необходимости его «ремонт»» — рассказывает Богмен издательству «KurzweilAI». — «Точно так как некоторые виды бактерий и микроорганизмов передвигаются с помощью движений их микроскопических отростков, углеродные мускулы будут двигать крошечные механизмы».

Конструкция обычных электродвигателей с трудом подвергается миниатюризации, при сокращении размеров электродвигателя непропорционально падает его мощность и снижается его эффективность. А двигатели на основе нанотрубок можно без труда изготовить и в большом виде и в субмиллиметровом масштабе. При этом, характеристики таких двигателей будут меняться прямо пропорционально их размерам. Электрический двигатель на основе нанотрубок представляет собой простейшую электрохимическую систему, в качестве одного электрода выступает нить, сплетенная из нанотрубок, а в качестве второго электрода вступает или кусок металла или металлический корпус устройства. Оба электрода погружены в токопроводящую жидкость, содержащую ионы.

Электрический потенциал, взятый, к примеру, от низковольтной батареи, приложенный к электродам, создает электрохимические силы, заставляющие скручиваться волокна углеродной «пряжи». Этот же потенциал, приложенный в обратном направлении, вызывает изменение направления вращения. В экспериментах ученые прикрепили к нити, сплетенной из углеродных нанотрубок, лопасти маленькой крыльчатки химической мешалки, которая есть в любой химической лаборатории.

Эти искусственные мускулы вращали крыльчатку, вес которой превышает вес углеродной пряжи в 2000 раз, со скоростью 590 оборотов в минуту в течение 1.2 секунды времени, после смены полярности подаваемого напряжения крыльчатка вращалась с той же скоростью то же самое время в обратном направлении. Исследования показали, что достигнутые показатели в 1000 раз превышают аналогичные показатели других искусственных мускулов, изготовленных на безе ферроэлектрических материалов, сплавах, запоминающих форму или на органических полимерных материалах.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *