Запропоновано конструкцію штучного м’яза з нанотрубок.
Зображення штучного м'яза з вуглецевих нанотрубок, отримане за допомогою електронного скануючого мікроскопа. (Клікніть картинку для збільшення)
Міжнародна команда дослідників запропонувала нову конструкцію штучних м'язів із вуглецевих нанотрубок (або ниток), змащених воском. Створені структури відрізняються від запропонованих тим, що їм не потрібен зовнішній електроліт, щоб нормально функціонувати. Такий м'яз може підняти вантаж, маса якого більш ніж у 100 тисяч разів перевищує їхню власну вагу. Крім того, вона може скорочуватися і розслаблятися досить швидко, працюючи при цьому в широкому діапазоні температур. Перелічені властивості роблять нову структуру ідеальною для майбутніх можливих застосувань під час створення людиноподібних роботів, розумних тканин або роторних двигунів принципово нової конструкції.
Міжнародна група вчених під керівництвом фахівців з University of Texas (США) створювала свій штучний м'яз у кілька етапів. Спочатку був вирощений масив вертикальних вуглецевих нанотрубок, що є порожнистими трубками зі згорнутого в циліндр графена (двовимірних листів атомів вуглецю, що утворюють гексагональну решітку). Потім вчені відокремлювали тонкий шар вуглецевих ниток з масиву і скручували їх між собою так, щоб вони переплелися на зразок пряжі. Після цього отримані нитки оброблявся розплавленим воском, а кожен із кінців «м'язи» підключався до джерела живлення.
При подачі напруги до створеного таким чином м'яза віск нагрівається і розширюється. Тиск, що виникає внаслідок цього розширення, веде до сильнішої взаємодії між скрученими нитками, які прагнуть «розкрутитися». Таким чином, створюється обертальний момент, аналогічний тому, щоспостерігається при спробі розтягування гвинтової пружини. Як тільки віск остигає, пряжа починає згортатися у протилежному напрямку.
Вуглецеві нанотрубки є ідеальним матеріалом для створення таких ниток, адже вони легкі практично як повітря (щільність створених штучних м'язів не перевищує 1,5 г/куб.см), але при цьому вони міцніше стали і можуть впливати на вантаж з силою, що досягає 560 МПа*см/р. Виникаюча сила може використовуватися, наприклад, для обертання турбінної лопатки із середньою швидкістю 11500 оборотів на хвилину протягом більш як 2 мільйонів незворотних циклів. Крім того, подібні «воскові» м'язи можуть підняти вантаж, вага якого у 100 тисяч разів перевищує їх власний. При стисканні подібна «м'яз» генерує в 85 разів більше механічної енергії, ніж її природні аналоги, це еквівалентно здатності піднімати вантаж у 200 разів, що перевищує можливості природних аналогів (для фізичних м'язів того ж діаметра).
Слід зазначити, що штучні м'язи, що створювалися раніше, працювали за тими ж принципами, правда, вуглецеві нанотрубки доводилося занурювати в рідкий електроліт. Використання воску робить не обов'язковим застосування зовнішньої провідної рідини, тобто. є значне спрощення конструкції. Теоретично подібна схема може працювати і без воску. Скручування ниток підвищує коефіцієнт теплового розширення у 10 разів, навіть без заповнення воском.
За словами вчених, такий високий коефіцієнт теплового розширення означає, що їхня розробка могла б використовуватися при створенні так званих інтелектуальних тканин, які могли б працювати в діапазоні температур від -50 до 2500 градусів за шкалою Цельсія. Такий текстиль міг би адаптуватися до потреб власника за зміни зовнішньої температури, наприклад, ставатименш чи більше пористої.