Искусственные мускулы американских нанотехнологов

Нанотехнологи из Техасского Университета в Далласе продемонстрировали искусственные мышцы, приводимые в движение высокоэнергетическим топливом.
Сециалисты Университета создали искусственные мышцы, работающие на спиртах и водороде, которые в 100 раз сильнее природных мускулов и способны за один цикл выполнять в сто раз бóльшую работу, создавая, при меньших усилиях, более сильные сокращения, чем природные мышцы. Кроме прочих возможностей, эти мышцы могут способствовать созданию искусственных конечностей, работающих на топливе, «разумных покрытий» и трансформируемых структур для воздушных и морских аппаратов, автономных роботов, обладающих способностями к выполнению длительных заданий и разумными датчиками, которые сами определяют необходимость и приводят себя в движение для трансформации с целью приспособления к окружающей среде.
Люди при выполнении долгих, требующих серьезных усилий заданий, могут нести с собой пищу, которая питает их тела, но даже самые мощные из современных роботов не обладают полной свободой передвижения, так как им нужно оставаться в пределах стационарных источников электрической энергия. Хотя для автономных роботов и используются батареи, они содержат слишком мало энергии и обеспечивают слишком небольшое ее количество для продолжительной и интенсивной деятельности. Чтобы решить эти проблемы, команда из Нанотехнологического института Техасского университета разработала два различных типа искусственных мышц, которые, в отличие от природных мышц, конвертируют химическую энергию энергетического топлива в механическую энергию.Новые мышцы одновременно выполняют функции и топливных элементов, и мускулов. Электрод из углеродной трубки, содержащий катализатор, применяется в одном из типов мышц в качестве электрода для топливных элементов для конвертирования химической энергии в механическую. В качестве гиперконденсатора электрод сохраняет это электрическую энергию, а в качестве мускула – он трансформирует электрическую энергию в механическую. Топливная инжекция заряда в электроде из углеродной нанотрубки дает в результате изменения размеров, необходимые для приведения в действие, благодаря комбинации механического и электростатического воздействия квантов, возникающих на наноуровне.В другом типе искусственных мышц – на данный момент самом мощном – химическая энергия топлива конвертируется в тепло каталитической реакцией смеси топлива и кислорода из воздуха. Повышение эффективной температуры в этом «укороченном топливно-элементном мускуле» вызывает сокращение металлической мускульной проволоки с эффектом запоминания формы, которая поддерживает этот катализатор. Последующее охлаждение завершает цикл работы, вызывая расслабление мышцы.
«Укороченные топливно-элементные мышцы особенно удобны для применения в роботизированных приборах, так как они включают в себя коммерчески доступную проволоку с эффектом запоминания формы, которая покрыта катализатором из наночастиц. Основной проблемой было нанесение катализатора на эту проволоку, чтобы обеспечить длительный срок службы мышцы, и управление силой сокращения и расслабления мышцы», - рассказывает доктор Рэй Бауфман (Ray Baughman), профессор химии Нанотехнологического института.
Возможности применения, по словам Бауфмана, более, чем просто широки, и варьируют от роботов и трансформируемых летательных аппаратов до динамических экранов со шрифтом Брайля (шрифт для слепых), а также мускулов, которые будут работать на смесях топлива с воздухов, которая будет подаваться в двигатель, способный регулировать эту смесь. Плотность энергии, в 30 раз бóльшая у топлива наподобие метанола, по сравнению с удельной плотностью наиболее передовых батарей, может обеспечить долгий срок службы без подзарядки для автономных роботов. Такая заправка потребует незначительное время по сравнению со временем, которое необходимо для зарядки батарей. Так как все мышцы не будут использоваться одновременно, то временно неактивные мышцы первого типа могут быть использованы в качестве обычных топливных элементов и гиперконденсаторов для снабжения электроэнергией, например, автономных роботов и протезированных конечностей. Свойства двух типов мышц, работающих на топливе, могут использоваться в дополнение друг к другу, позволяя использовать преимущества и тех, и других, считает Бауфман.
Размер мускулов работающих на топливе, может быть легко сокращено до микро- и наноуровней, и массивы, состоящие из таких микромускулов, можно использовать в «разумных покрытиях», которые улучшат функционирование морских и воздушных аппаратов. При замене металлического катализатора на связанные ферменты станет возможным создание искусственных мышц, получающих энергию от топлива на основе пищи, для работы в человеческом теле – возможно даже, для создания искусственного сердца.
14-04-2006г.

Архив новостей

Архив сообщений о новых публикациях