Лесен начин за създаване на изкуствени мускули

Необичайно прост подход към създаването на изкуствени мускули на базата на висока якост полимерни влакна предполага, че международен екип от изследователи. Вместо за изграждане на цялостни и скъпи материали, учените произвеждат изкуствени мускули на прости полимери, които са широко използвани за производството на шевни конци и риболов линия. При нагряване разработени влакна могат да се свият и удължени в по-голяма степен, отколкото биологична мускул. Терминът предложен от влакната може да се използва, например, при създаването температура чувствителни щори или "интелигентен" облекло.

Материали, които разширяват или договор в отговор на някаква форма на външно стимулиране, полезни в роботиката, където те се използват за създаване на "диск" или изкуствени мускулни влакна. Освен това, те могат да се използват по-малък мащаб, например, в развитието на сензори за изделията, произведени на един чип.

Днес има твърде много такива материали, по-специално материали с памет на формата - метали или полимери, които имат две стабилни състояния и може внезапно да преминат от един на друг (например, под формата на кратко по-дълго) при определена температура. Няколко примера на интерес - е електроактивни полимери, които се променят по дължина в отговор на външно електрическо поле, както и влакна от въглеродни нанотръби позволяват електрохимична стимулация. Въпреки това, всички тези материали имат своите недостатъци. Характеристики на метали с памет за формата може да се влоши след ограничен брой цикли, които показват различни изпълнения на хистерезис (липсата на промяна на фазата при дадена температура). Полимери, контролирани от електрическо поле, е трудно да се работи, тъй като значителна промяна в тяхната форма изисква твърде голяма вариация на терена. Освен това, всички тези материали, по-специално влакна на базата на въглеродни нанотръби достатъчно високо специализирани и скъпи за производство.

В най-новата си работа, групата от изследователи от Университета на Тексас (САЩ), както и техните колеги от Канада, Южна Корея, Турция, Китай и Австралия, предложи различен халс да създадат изкуствен мускули.

За разлика от повечето материали, полимерни влакна са склонни да се затвори при нагряване, защото ентропия на системата се увеличава, полимерните вериги са по-малко подредени. Ефект от мащаба - около 4%, за да се повиши температурата до 250 градуса по Келвин. Но по-важното е, че чрез увеличаване на заболяването, се увеличава дебелината на фибри. Екип от учени разработи прост метод за прилагане на това радиално разширяване, за да се увеличи или, обратно, потискане на термично свиване на полимера.

Създаване на свои собствени кабели, изследователите са използвали силно подредени линейни полимерни вериги, които са многократно навити на спирала. Когато влакната се нагрява и става по-дебел появява въртящ момент, който се стреми да "ролка" спирала.

Създаване на "изкуствен мускул" влакното изследователи рана на ядро. Те показаха, че при навиване на влакната в същата посока, в която те са били първоначално блокирани, въртящият момент в резултат на нагряването, може да намали общата дължина на "мускул" на 49%. Още по-изненадващо, че влакното е навит в обратна посока, нагряването може да се увеличи дължината на "мускул" до 69%. Измерени параметри разграничават от структурата на човешките мускули, след последното разширяване и свиване на не повече от 20% (въпреки природните мускулите използват енергията по-ефективно).

Основните механичните свойства, които се използват при създаването на тези изкуствени мускули (радиална термично разширение в съчетание с аксиална компресия) са намерени в много полимери, които могат да бъдат закупени в магазина. Така че да се получи висока якост може да се използва мускулите и полиетилен, който се използва в производството на риболовни линии, както и найлон, който се използва за шиене на прежди.