Из углеродных нанотрубок сделали искусственные мышцы
До сих пор сокращение искусственных мышц из нанотрубок можно было регулировать только с помощью теплового воздействия. Новый тип мышц может сокращаться под действием разности потенциалов
Ранее ученые создавали искусственные мышцы, скручивая углеродные нанотрубки или полимерные нити. При нагревании длина этих структур уменьшается, а при охлаждении они возвращаются в исходную форму. Однако такие искусственные мышцы имеют свои ограничения: для их работы нужно постоянно подводить или отводить тепло, а их сила ограничена температурным диапазоном, который может выдержать материал.
Теперь исследователи предложили новый тип мощных электрохимических мышц, которые сокращаются при быстром движении. Такие структуры приводятся в действие, когда создается электрическое напряжение между мышцей и противоэлектродом. При приложении электрического тока ионы из окружающей среды начинают проникать в структуру из УНТ и растягивать ее.
Однако у такой технологии тоже есть ограничения, которые ученым удалось обойти только в новых экспериментах. Во-первых, электролит, в котором находится мышца, стабилен в относительно небольшом диапазоне разности потенциалов, что налагает ограничения на использование электрического тока. Во-вторых, в обычных структурах из УНТ ход мышцы становился все меньше с увеличением скорости возбуждения. То есть, чем резче было необходимо совершить сокращение, тем на меньшую величину уменьшалась длина мышцы.
Чтобы решить эти проблемы, авторы покрыли внутренние поверхности спиралей из УНТ ионизирующим полимером, содержащим положительно или отрицательно заряженные химические группы. Такое полимерное покрытие позволило преобразовать обычное биполярное возбуждение нитей углеродных нанотрубок в униполярное возбуждение. Это позволило искусственным мышцам работать только в одном направлении — сокращаться или растягиваться — при приложении «безопасных» для электролита напряжений.
Полученный таким образом материал смог обеспечить удельную механическую мощность в 2,9 Вт/грамм — это в 10 раз выше, чем у человеческих мышц и примерно в 2,2 раза больше, чем у двигателя V8 с турбонаддувом. Новое полимерное покрытие также позволило расширить диапазон рабочих температур.
Исследование опубликовано в журнале Science.
