Исследователи из Техасского университета в Далласе создали мощные униполярные мышцы из углеродных нанотрубок.
Исследователи из Техасского университета в Далласе создали мощные униполярные электрохимические мышцы, которые активнее сокращаются, когда движутся быстрее.
В течение более чем 15 лет исследователи из Техасского университета в Далласе и их коллеги в США, Австралии, Южной Корее и Китае изготавливали искусственные мышцы путем скручивания и намотки углеродных нанотрубок или полимерных нитей. При изменении температур эти мышцы работают, сокращая свою длину при нагревании и возвращаясь к своей первоначальной длине при охлаждении. Однако они имеют свои ограничения.
Электрохимически управляемые мышцы из углеродных нанотрубок (УНТ) — это альтернативный подход к созданию быстрых, мощных, искусственных мышц, которые можно применить в робототехнике и других сферах.
Электрохимически управляемые мышцы особенно перспективны, поскольку их эффективность преобразования энергии не ограничена термодинамическим пределом: они могут сильнее сокращаться, а также выдерживают тяжелые нагрузки, не потребляя много энергии.
Но существуют ограничения для электрохимических мышц УНТ. Во-первых, мышечное возбуждение является биполярным, это означает, что мышечное движение, расширение или сокращение изменяет направление во время потенциального сканирования. Потенциал, при котором ход меняет направление, — это потенциал нулевого заряда, а скорость, с которой потенциал изменяется во времени, это потенциальная скорость сканирования.
Другой вопрос: данный электролит стабилен только в определенном диапазоне напряжений. За пределами этого диапазона электролит разрушается.
Чтобы решить эти проблемы, исследователи выяснили, что внутренние поверхности спиральных нитей углеродных нанотрубок могут быть покрыты определенным ионно-проводящим полимером, который содержит либо положительно, либо отрицательно заряженные химические группы.
Это полимерное покрытие преобразует биполярное возбуждение нитей углеродных нанотрубок в униполярное возбуждение, когда мышца действует в одном направлении во всем диапазоне стабильности электролита. Количество молекул растворителя, закачиваемых в мышцу каждым ионом, увеличивается с увеличением потенциальной скорости сканирования для некоторых униполярных мышц, это увеличивает эффективный размер ионов.
Таким образом, ход мышц может увеличиваться в 3,8 раза при увеличении потенциальной скорости сканирования, в то время как ход мышц из углеродной нанотрубки без полимерного покрытия уменьшается в 4,2 раза при тех же изменениях потенциальной скорости сканирования.
Читать далее
Найден новый вид черной дыры, который не вписывается в теорию относительности
Аборты и наука: что будет с детьми, которых родят
Ученые вывели замену для теории относительности. В чем суть «теории всего»?