УНТ-нити для искусственных мышц

 


Закрутив углеродные нанотрубки (УНТ) в нити с человеский волос толщиной, ученые смогли разработать искусственные мускулы, способные создавать механические напряжения в 100 раз большие, нежели обычные. Об этом сообщил на прошлой неделе Ray Baughman, директор Nanotech Institute (University of Texas, Dallas) на конференции Materials Research Society в Бостоне.

Искусственные мышцы – это силовые приводы, сделанные из полимеров или металлов, способные сокращаться, расти, менять форму. Они могут использоваться в протезировании, конструировании микромашин и роботов. До сих пор основной проблемой была недостаточная сила таких мускул. Углеродные нанотрубки потенциально могут помочь сделать их сильнее.

Сначала Baughman разработал УНТ-привод, преобразующий энергию водорода в механические усилия. Для этого он использовал структуру, похожую на те, которые применяются в топливных элементах. Там покрытые катализатором нанотрубочные электроды изменяют свои размеры в присутствии электрических зарядов. Однако слоистая структура электродов не позволяет в полной мере задействовать прочность углеродных нанотрубок. Таким образом, целью работы стал поиск УНТ-материала, использующего выдающиеся механические свойства индивидуальных нанотрубок.

В последней работе, выполненной совместно с John Madden (University of British Columbia), Baughman разработал силовые приводы из УНТ-нитей. Такие нити можно получить, вырастив плотные пучки нанотрубок длиной около 100 мкм, а потом скрутив их вместе. Нити могут быть в 50 раз тоньше волоса, но при этом иметь длину около метра. Baughman сообщил, что нити могут выдержать нагрузку в 150 раз большую, нежели нанотрубочные листы.

Однако предстоит еще много работы. Как оказалось, под нагрузкой происходит необратимое растяжение нитей – материал «ползет» и не восстанавливает свои размеры после снятия напряжений. Для практических применений такое явление крайне нежелательно.

Другой проблемой является создание более толстых жил. Хотя УНТ-нити и способны выдержать большие нагрузки на единицу площади, однако живые мышцы значительно толще, что делает их сильнее. Такая проблема масштабирования характерна для искусственных мускул вообще, поэтому им еще далеко до победы в армрестлинге над живыми коллегами.

Несмотря на трудности, работа Baughman’а являются важным достижением в разработке нанотрубочных мускул. Тот факт, что УНТ-материалы могут быть получены не только в виде порошков, листов, но и длинных нитей, выглядит очень многообещающе.

Источник: Нанотехнологическое сообщество