Команда американских ученых описала новый тип искусственных мышц, созданных из мощных, однополюсных электрохимических нитей, производительность которых в 10 раз больше, чем у человеческих мышц. А если добавить в волокна наночастицы оксида графена, то их производительность будет в 29 раз выше, чем у биологических мышц. Такие волокна могли бы пригодиться в робототехнике, медицине или легкой промышленности.
В течение более 15 лет исследователи из Университета Техаса вместе с коллегами из США, Австралии, Южной Кореи и Китая работали над созданием искусственных мышц из скрученных углеродных нанотрубок или полимерных нитей. В частности, они изучали возможность создания быстрых и мощных мышц из углеродных нанотрубок с электрохимическим приводом (CNT), пишет Phys.org.
Метод CNT особенно эффективен, поскольку, в отличие от тепловых приводов или человеческих мускулов, они могут совершать резкие сокращения или удерживать тяжелые грузы, не расходуя чересчур много энергии. Электрохимические мышцы приводятся в движение подачей напряжения между волокнами и электродом, в результате чего ионы из электролита, в который погружены нанонити, направляются в мышцы.
Однако у этого подхода есть свои минусы. Во-первых, запуск механизма сокращения двухполюсной, то есть движение мышц меняет направление. Во-вторых, электролит стабилен только при определенном диапазоне напряжения, а за его пределами становится неэффективен.
Решая эти проблемы, исследователи обнаружили, что внешние поверхности можно покрыть подходящим полимером, который проводит ионы и содержит либо положительно, либо отрицательно заряженные химические группы. Эта оболочка преобразует двухполюсное движение в однополюсное, когда мышцы движутся в одном направлении, а электролит сохраняет стабильность. Кроме того, неожиданным последствием стало то, что CNT-мышцы оказались более быстрыми и мощными».
Новые волокна генерируют 2,9 ватт/грамм механической силы на массу мышц, то есть в десять раз больше, чем обычные человеческие мускулы. Полимер в оболочке позволил снизить допустимые температуры до -30 градусов Цельсия.
А если добавить в нанонити частицы оксида графена, то производительность еще больше повысится — механическая сила искусственных мышц возрастет до 8,2 Вт/г, то есть станет в 29 раз больше, чем у человеческих.
Journal information