Искусственные мышцы: новый рубеж — технология SRAM

За последние 15 лет исследователи из Техасского университета в Далласе и их зарубежные коллеги изобрели различные типы сильных и мощных искусственных мышц с использованием материалов, начиная от высокотехнологичных углеродных нанотрубок (УНТ) и заканчивая обычными лесками

В новом исследовании, опубликованном 12 июля в журнале Science, исследователи описывают свои последние достижения, названные искусственными мышцами, управляемыми оболочкой (SRAM).

Предыдущие мышцы исследовательской группы создавались путем скручивания нити CNT , полимера, используемого в рыболовной или нейлоновой швейной нити. Скручивая эти волокна до точки, в которую они оборачиваются, исследователи вырабатывали мышцы, которые сжимались или активизировались по длине при нагревании и возвращались к своей первоначальной длине при охлаждении.

Чтобы тренировать новые мышцы, исследовательская группа нанесла полимерное покрытие на плетеные нити CNT, а также недорогие нейлоновые, шелковые и бамбуковые нити, создавая оболочку вокруг сердечника пряжи.

« В наших новых мышцах именно оболочка вокруг витой или витой проволоки приводит в движение привод, обеспечивает энергию и приводит к гораздо более высокому рабочему циклу, чем предыдущие мышцы «, сказал доктор. Рэй Боугман, автор исследования, заслуженный профессор химии Роберт А. Уэлч и директор Института нанотехнологий Далласа Алана Макдармида в Калифорнии.

Negli ultimi 15 anni, i ricercatori hanno inventato diversi tipi di muscoli artificiali forti e potenti utilizzando vari materiali, adesso la svolta.

В своих экспериментах ключевой шаг в создании мышц состоял в том, чтобы скручивать вновь покрытые проволоки до тех пор, пока они не свернутся, пока материал оболочки еще был влажным.

«Если вы вставите скручивание или обертку после того, как оболочка высохнет, оболочка сломается», — сказал Бауман . «Оптимизация толщины оболочки также очень важна: если она слишком толстая, проволока, скрученная в сердечнике, не сможет размотаться, потому что оболочка удерживает ее на месте, если она слишком тонкая, отрыв провода приведет к разрыв оболочки «.

Доктор Джиуке Му, ведущий автор исследования и научный сотрудник Института нанотехнологий, разработал концепцию искусственной мышцы в оболочке. В конфигурации оболочки наружная оболочка поглощает энергию и направляет работу мышц.

« В наших предыдущих скрученных мышцах мы прикладывали тепловую энергию ко всей мышце, но только внешняя и скрученная часть волокна выполняла настоящую механическую работу — средняя часть выполняла мало «, сказал Му. « Используя оболочку, входная энергия может быть преобразована в механическую энергию мышцы быстрее и эффективнее

« Зачем потреблять энергию, нагревая всю пряжу, когда все, что вам нужно, это нагреть внешнюю часть пряжи, чтобы активировать ее?» Му сказал. « С нашими новыми мышцами нам просто нужно вкладывать энергию в оболочку

Боугман сказал, что многие материалы могут быть использованы для оболочки, при условии, что они имеют прочность и могут претерпевать изменения размеров в различных переменных окружающей среды, таких как изменения температуры или влажности.

При электрохимическом воздействии мышца, состоящая из оболочки УНТ и нейлонового ядра, вырабатывает среднюю сократительную силу, которая в 40 раз выше, чем у человеческой мышцы, и в 9 раз больше, чем у самой мощной альтернативной электрохимической мышцы.

« В нашей предыдущей работе мы показали, что пряжа из углеродных нанотрубок создает прекрасные искусственные мышцы, которые легкие, но более прочные и мощные, чем мышцы человека такой же длины и веса «, Сказал Baughman.

« Но пряжа из углеродных нанотрубок очень дорога, поэтому в этой новой работе мы пойдем в другом направлении «, — сказал он. « Мы обнаружили, что хотя мы можем использовать углеродные нанотрубки в качестве основного материала для искусственных мышц с оболочкой, в этом нет необходимости. Мы показали, что нити CNT могут быть заменены коммерчески доступными дешевыми нитями «.

Он добавил, что процесс нанесения полимерного покрытия может быть легко сокращен для коммерческого производства.

« Поскольку технология SRAM позволяет заменять нити CNT более дешевыми, эти мышцы очень привлекательны для интеллектуальных структур, таких как робототехника и одежда, которая подходит для комфорта «, — сказал он Baughman.

Чтобы продемонстрировать возможные применения потребителем искусственных мышц в оболочке, исследователи работали с SRAM в ткани, которая увеличивала пористость при воздействии влаги. Они также продемонстрировали SRAM из нейлоновой проволоки с полимерным покрытием, которая линейно сжимается при повышении концентрации глюкозы. Эту мышцу можно использовать, чтобы сжать оболочку для высвобождения лекарств для борьбы с гипергликемией.

Авторы изобретения подали заявку на предварительный патент США на технологию.

Исследование финансировалось из нескольких источников: Научно-исследовательское управление военно-воздушных сил, Управление военно-морских исследований, Национальный научный фонд, Фонд Роберта Уэлча, Австралийский исследовательский совет, Национальный исследовательский фонд Кореи и науки и техники. Муниципальная комиссия Шанхая.

 

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Капча загружается...