Микромиксер закрутился на углеродной мускулатуре

Ученые сплели из углеродной «пряжи» искусственные мускулы. Углеродная мускулатура составит конкуренцию электродвигателям: волокна способны сокращаться под нагрузкой, превышающей их собственную массу в две тысячи раз. На новой мускулатуре уже закрутился экспериментальный микромиксер.

Углеродная мускулатура

Углеродные «мускулы» состоят из нанотрубок, переплетенных по спирали в левую или правую сторону. Авторы изобретения, ученые из Канады, Австралии, Кореи и США под руководством Рея Бомана (Ray Baughman) из университета штата Техас в Далласе (The University of Texas at Dalla), пишут, что диаметр составных компонентов «мышечного волокна» – отдельных углеродных трубок – в десять тысяч раз меньше диаметра человеческого волоса.

Ученые объясняют, что если такие волокна погрузить в раствор электролита и пропустить электрический ток, то они начнут сокращаться: «Электрический ток вызывает деформацию спиралей из углеродных волокон, и в промежутки между ними устремляются ионы электролита. Из-за деформации длина нанотрубок уменьшается, а толщина увеличивается».

Сначала искусственные мускулы сокращаются в одну сторону (до достижения максимального сжатия). И после этого, если направление тока станет обратным – в противоположную.

Команда Рея Бомана объясняет, что механизм сокращения углеродного мускула не нов: «В хоботе слона, щупальцах осьминогов и в языках некоторых рептилий мышцы сокращаются по такому же механизму». Кстати, недавно слоновый хобот стал прообразом робота: немецкие инженеры создали механический манипулятор, который приводится в движение сжатым воздухом.

Мускульный мотор

Изобретатели пишут, что искусственная мускулатура создана для миниатюрных приборов. Углеродный мускул можно использовать в качестве электродвигателя: «Такие мускулы превращают электрическую энергию в энергию движения». По оценкам ученых, эффективность их изобретения приближается или даже превосходит КПД обычных электродвигателей.

Более того, такой «мускул» механически очень прост: всего лишь скрученные нанотрубки – никаких дополнительных частей! Это означает, что его легко уменьшить до нужных размеров. «Он, в отличие от обычных электрических моторов, не потеряет своей силы», – продолжают ученые.

Изобретатели не голословны. Они уже испытали мускул: ученые приспособили его для перемешивания желтой и синей жидкости, которые текли параллельно друг другу в открытом сосуде с двумя входами и одним выходом.

Для этого они использовали небольшой кусочек углеродной пряжи (длина 65 миллиметров; диаметр 15 микрон). К нему изобретатели прикрепили относительно большой винт: длина лопастей в 200 раз больше диаметра волокна; масса винта превышала массу мускула в 80 раз. Несмотря на значительную разницу в размерах и массе, углеродный мускул перемешивал два потока жидкости со скоростью 360 оборотов в минуту. Ученые пишут, что это не предел: волокна способны сокращаться под нагрузкой, превышающей их собственную массу в две тысячи раз.

«Такие мускулы умеют превращать электричество в энергию движения. Но их можно использовать для противоположной цели – для производства электричества и высокочувствительных датчиков, фиксирующих скорость и направление движения», – завершают авторы изобретения статью, опубликованную в Science Express.

Другие наносистемы

Недавно американские ученые из Университета имени Тафта (Tufts University) изобрели самый миниатюрный в мире электродвигатель. Новый наномотор состоит всего из одной молекулы. Размер революционного электродвигателя – всего один нанометр.

Исследователи из Университета Брандейса (Brandeis University) под руководством Тимоти Санчеза (Timothy Sanchez) создали и испытали минимальную систему микротрубочек, способных самостоятельно сокращаться и поддерживать неодновременное синхронное биение. Искусственная система много проще жгутиков и ресничек. Теперь ученые подумают над подвижными наноматериалами, миниатюрными моторами и системами, способными самостоятельно транспортировать жидкости.