Из диоксида ванадия создана искусственная микромышца, которая в 1000 раз сильнее человеческой

К уже известным прототипам искусственных человеческих органов (кожи, сердца и даже мозга) похоже можно добавить еще один — искусственную мышцу, пусть пока и в миниатюрных масштабах.

Диоксид ванадия — это вещество, отличающееся сильной взаимной корреляцией между взаимодействующими электронами, то есть состояние каждого электрона в системе зависит от того, как ведет себя соседний электрон. К уже известным необыкновенным способностям диоксида ванадия изменять размер, форму и физические свойства, теперь можно добавить мышечную силу. Используя этот удивительный материал, ученые из Национальной лаборатории Министерства энергетики США им. Лоуренса в Беркли фактически смоделировали торсионную мышцу, т.е. мышцу, подобную длинному валу, работающему на кручение. При этом относительно своих размеров искусственная мышца оказалась в тысячу раз мощнее человеческой: на расстоянии в 5 раз больше ее собственной длины, менее чем за 60 мс она развивает усилие, которое в 50 раз превышает ее собственный вес.

Созданная микромышца представляет собой биморфный двойной виток, управляемый фазовым переходом диоксида ванадия вследствие нагрева или электронагрева. Дело в том, что диоксид ванадия один из немногих известных материалов, проводимость которых резко меняется при 67° C. Этот управляемый температурой фазовый переход от изолятора к мелаллу сам по себе очень перспективен для создания эффективных электронных и оптических устройств. Однако кристаллы диоксида ванадия при изменении температуры подвергаются и структурному фазовому переходу: в процессе нагрева они резко сокращаются вдоль одного измерения, одновременно расширяясь вдоль двух других, что очень напоминает сокращение мышцы.

Искусственная микромышца изготовлена на силиконовой подложке из длинной V-образной биморфной ленты из хрома и диоксида ванадия. Освобожденная от подложки, она образовывает спираль из двух витков, подсоединенную с двух концов к хромовым электродам. Активация спирали нагревом превращает ее либо в микрокатапульту, выбрасывающую находящийся в петле объект, либо в датчик близости, в котором при наличии поблизости объекта (в отсутствие непосредственного контакта) происходит «микровзрыв» – быстрое изменение сопротивления и формы микромышцы, которое отбрасывает объект.

Множество подобных микромышц могут образовать микророботизированную систему, моделирующую активную нейромышечную систему. Естественная комбинация функций обнаружения близости и торсионного движения позволит такому устройству обнаружить цель на расстоянии и среагировать на нее перестроением собственной формы. Фактически это модель поведения живых организмов, в которых нейроны-датчики передают сигналы управления мышцам, а те в свою очередь управляют движением.

Изготовленные микромышцы произвели свыше миллиона циклов реверсивных торсионных движений без каких-либо признаков разрушения. Круговая скорость достигала 200,000 об/мин, амплитуда колебаний – от 500 до 2,000 градусов на миллиметр длины, а плотность мощности достигала 39 кВт/кг. Эти параметры на порядок выше показателей существующих торсионных двигателей, использующих другие принципы: электростатический, магнитный, углеродных нанотрубок, пьезоэлектриков.

Можно надеяться, что данная технология со временем будет очень востребована в робототехнике и протезировании.

Национальная лаборатория им. Лоуренса в Беркли по наводке Extreme Tech

0

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *


пять + = 6