Физики испытали вращающиеся мышцы из нанотрубок

Диаметр этой нити, свитой из нанотрубок, составляет 3,8 микрометра. Для эффекта вращения важно, что отдельные нанотрубки здесь идут под углом к оси нити (фото University of Texas at Dallas).

Нити из нанотрубок развивают колоссальное для своего размера и веса усилие, говорят учёные. В проведённом недавно опыте одна такая нить за секунду разогнала до нескольких оборотов в секунду лопасти, которые были на два порядка тяжелее и крупнее её.

Новое достижение – это развитие работы, начатой ещё в 2006 году. Тогда американцы показали, что сплетённые вместе углеродные нанотрубки в определённых условиях могут создавать тяговое усилие.

Вот и новый мотор на искусственных мышцах учёные построили из нанотрубочной пряжи. Её авторы опытов поместили в жидкость, проводящую ионы, и добавили в сосуд электроды для создания разности потенциалов между углеродной нитью и электролитом.

Схема первого опыта. Слева направо — дополнительный контрольный электрод, основной электрод с нанотрубочной пряжей нанотрубки и второй электрод. Жёлтым показана вертушка (лопасти), играющая роль нагрузки для этого мотора (иллюстрация University of Texas at Dallas).

Работает система следующим образом. Когда к нити прикладывается напряжение (-3 вольта), ионы из раствора мигрируют в поры пряжи, чтобы компенсировать заряд. В этот момент нить становится своего рода конденсатором.

Наполнение ионами увеличивает объём нити, она разбухает, сокращается в длину и за счёт наклона отдельных нанотрубочных волокон создаёт крутящий момент. Заряженная таким образом нить начинает быстро раскручиваться. Темп вращения достигает 590 об/мин.

Один погонный миллиметр такой мышцы способен обернуться вокруг своей оси 250 раз, передаёт PhysOrg.com. Это в тысячу раз больше, чем у любых искусственных мышц, созданных на основе сегнетоэлектриков, проводящих полимеров, или сплавов с памятью формы. А ведь учёные научились плести углеродные нити длиной в сантиметры...

После достижения предельного числа оборотов закреплённая с концов нить прекращает работу, но смена полярности напряжения заставляет её вращаться в обратную сторону. Это свойство нанотрубочных мышц можно использовать для привода различных микроскопических механизмов.

В качестве примера учёные построили прототип микрожидкостного смесителя. В нём была задействована нить потолще – диаметром 15 микрометров. Посередине нити закрепили прямоугольные лопасти. Они были погружены в поток жидкости, содержащий две краски – синюю и жёлтую. Сама нить была погружена в электролит, и к ней подвели тонкие проводки. Меняя напряжение на контактах, учёные добились вращения лопастей смесителя.

Прототип смесителя. Ширина канала с красками – 3 миллиметра. Справа – увеличенный снимок «вертушки» (фото University of Texas at Dallas).

Физики посчитали, что удельная (по отношению к весу) мощность мышцы из нанотрубочной пряжи сравнима с удельной мощностью крупных электромоторов, а ведь последние с уменьшением размеров сильно теряют в этом показателе. Авторы работы считают, что подобный механизм можно существенно сократить в размерах и применять в разнообразных химических чипах-анализаторах.

(Детали эксперимента можно найти в статье в Science.)



Электрическое поле превратило жидкость в твёрдое тело

13 октября 2011

В Москве появится нанотехнологический центр композитов

12 октября 2011

Физики создали переключаемый мираж

7 октября 2011

Американцы создали биопротонный транзистор

23 сентября 2011

Химики нашли новый путь к умному стеклу

22 сентября 2011
  • Александр Морозов.  14 октября, 19:14
    Вот вам и будущие мышцы для роботов и протезов!
    ОтветитьНравится
  • Виталий Кулаков  14 октября, 22:22
    максимум силы! ©
    ОтветитьНравится
  • Сергей Запрягаев  16 октября, 00:04
    :))
    ОтветитьНравится
  • Евгений Шумилов  14 октября, 22:34
    А нельзя ли сделать аналог актин-миозинового комплекса, пустьт не нано, а микро?
    ОтветитьНравится
  • Сергей Скалба  14 октября, 22:53
    «На этом свете все возможно» — А.П. Чехов, «Сельские эскулапы».
    Но нужно ли? — ведь тогда эту штуку придется кормить чем-нибудь вроде овса.
    Оно, кончно, экологично, но питать электричеством лучше — солнечные батареи не нужно ни полевать, ни удобрять, и воздух им не нужен.
    ОтветитьНравится
  • Роман Кириенко  15 октября, 21:24
    Первое, что приходит на ум — создание искусственных мышц, советский холодильник не требует для работы никаких нововведений и нанотрубок в том числе. Но не факт, что через 10 лет кто-то, кто не зациклен на прошлом, а с верой смотрит в будущее изобретёт холодильник, который будет полностью бесшумным, в 10ки раз более экономичным и проработает 1000 лет, будет дешевле в производстве. Поверьте, уже сегодня холодильное оборудование значительно продвинулось вперёд.
    ОтветитьНравится
  • Роман Кириенко  15 октября, 21:28
    Вполне, только это будет ротация, а не сокращение. Насколько мне известно они достаточно устойчивы и восстанавливаются в трубку даже при значительной деформации (просто углерод вытягивается в цепочку, а потом снова стягивает края разрыва).
    ОтветитьНравится
  • Сергей Скалба  14 октября, 23:03
    Сила — хорошо. А сколько циклов может выдержать эта нить? Ведь в отличие от биологической мышцы, она не возобновляется. Сможет, например, такое кибер-сердце «прожить», ну хотя бы лет 50? — не знаю. А советский холодильник 80-х годов, что у нас на даче, работает до сих пор.
    ОтветитьНравится
  • Михаил Тоцких  17 октября, 08:54
    Долой нанонити — даешь холодильники!!! :))
    ОтветитьНравится
  • Сергей Скалба  17 октября, 13:57
    Я всего лишь поинтересовался, сколько циклов выдерожит нить? Кто-нибудь может на это ответить?
    ОтветитьНравится
  • Артём Никитенко  17 октября, 18:01
    Присоединяюсь к вопросу Сергея, но скорее всего ответа мы просто так не получим. В смысле ответ может быть в полной статье в Science, но за красивые глаза туда не пустят — нужно платить.
    Вообще, если условно взять по 70 сокращений в минуту, то за 50 лет наберется 1,839,600,000 удара. Вопрос: а существуют ли искусственные материалы, способные выдержать столько рабочих циклов?
    ОтветитьНравится
  • Сергей Скалба  17 октября, 23:19
    Думаю, что сталь выдержит, (пружины, рельсы ...).
    Например байк: (то что мне близко): средний пробег до ремонта 50000 км. Для простоты, примем, Vср = 50км/час. То пробег составит 1000 часов. (столько работает лампочка накаливания и радиолампы прошлых лет). При 6000 об/мин получаем 360,000,000 циклов движения поршня.
    Вывод — сердце надежнее (1,839,600,000 удара за 50 лет)
    ОтветитьНравится