Штучні м'язи з сплетених вуглецевих нанотрубок - основа для створення крихітних електродвигунів.
Міжнародна команда вчених із США, Австралії, Канади, Кореї створила "пряжу" з вуглецевих нанотрубок, яка буде приводити в рух мініатюрні електричні двигуни. Структура "цієї" пряжі запозичена у матінки-природи, саме таку будову мають м'язові волокна, які дозволяють крутитися, зменшуватися і збільшуватися хобот слона. Але вуглецева "пряжа", обертаючись, може здійснювати в тисячі разів більше обертів, ніж прототип природного походження. Цей прорив має величезне значення для створення крихітних насосів, вентильних приводів та інших мікроскопічних пристроїв, які для свого функціонування вимагаю застосування мікроскопічних двигунів.
Базою для цих досліджень послужили дослідження професора Рея Х. Богмена (Ray H. Baughman) з Техаського університету в Далласі. Ще в 2006 році Богмен використовував сплетені вуглецеві нанотрубки з перспективою використання їх в якості штучних м'язів, які повинні приводити в рух електромеханічні імплантати, розміщені всередині тіла людини, або мініатюрних роботів.
"Одне з можливих застосувань в майбутньому наших обертаються "нанотрубочних м'язів" є їх використання в якості рухового апарату мікророботів, які знаходяться в тілі людини і виконують при необхідності його "ремонт"" - розповідає Богмен видавництву "KurzweilAI". - "Точно так як деякі види бактерій і мікроорганізмів пересуваються з допомогою рухів їх мікроскопічних відростків, вуглецеві м'язи будуть рухати крихітні механізми".
Конструкція звичайних електродвигунів з працею піддається мініатюризації, при скороченні розмірів електродвигуна непропорційно падає його потужність і знижується його ефективність. А двигуни на основі нанотрубок можна без праці виготовити і у великому вигляді і в субміліметровому масштабі. При цьому, характеристики таких двигунів будуть змінюватися прямо пропорційно їх розмірам. Електричний двигун на основі нанотрубок представляє собою найпростішу електрохімічну систему, в якості одного електрода виступає нитка, сплетена з нанотрубок, а в якості другого електрода вступає або шматок металу або металевий корпус пристрою. Обидва електроди занурені в струмопровідну рідину, що містить іони.
Електричний потенціал, взятий, приміром, від низьковольтної батареї, прикладений до електродів, створює електрохімічні сили, що змушують скручуватися вуглецевого волокна "пряжі". Цей же потенціал, прикладений у зворотному напрямку, викликає зміна напрямку обертання. В експериментах вчені прикріпили до нитки, сплетеною з вуглецевих нанотрубок, лопаті маленької крильчатки хімічної мішалки, яка є в будь-якій хімічній лабораторії.
Ці штучні м'язи обертали крильчатку, вага якої перевищує вагу вуглецевої пряжі в 2000 разів, зі швидкістю 590 оборотів в хвилину протягом 1.2 секунди часу, після зміни полярності напруги, що подається крильчатка оберталася з тією ж швидкістю той же самий час у зворотному напрямку. Дослідження показали, що досягнуті показники в 1000 разів перевищують аналогічні показники інших штучних м'язів, виготовлених на безе ферроэлектрических матеріалів, сплавах, запам'ятовуючих форму або на органічних полімерних матеріалах.