Команда американських учених описала новий тип штучних м’язів, створених з потужних, однополюсних електрохімічних ниток, продуктивність яких в 10 разів більше, ніж у людських м’язів. А якщо додати в волокна наночастинки оксиду графену, то їх продуктивність буде у 29 разів вище, ніж у біологічних м’язів. Такі волокна могли б стати в пригоді в робототехніці, медицині або легкій промисловості.
Протягом більш як 15 років дослідники з Університету Техасу разом з колегами з США, Австралії, Південної Кореї й Китаю працювали над створенням штучних м’язів зі скручених вуглецевих нанотрубок або полімерних ниток. Зокрема, вони вивчали можливість створення швидких і потужних м’язів з вуглецевих нанотрубок з електрохімічним приводом (CNT).
Метод CNT особливо ефективний, оскільки, на відміну від теплових приводів або людських м’язів, вони можуть здійснювати різкі скорочення або утримувати важкі вантажі, не витрачаючи надто багато енергії. Електрохімічні м’язи приводяться в рух подачею напруги між волокнами й електродом, в результаті чого іони з електроліту, в який занурені нанонитки, направляються в м’язи.
Однак у цього підходу є свої мінуси. По-перше, запуск механізму скорочення двополюсний, тобто рух м’язів змінює напрямок. По-друге, електроліт стабільний тільки при певному діапазоні напруги, а за його межами стає неефективний.
Вирішуючи ці проблеми, дослідники виявили, що зовнішні поверхні можна покрити відповідним полімером, який проводить іони й містить або позитивно, або негативно заряджені хімічні групи. Ця оболонка перетворює двополюсний рух в однополюсний, коли м’язи рухаються в одному напрямку, а електроліт зберігає стабільність. Крім того, несподіваним наслідком стало те, що CNT-м’язи виявилися швидшими та потужнішими ».
Нові волокна генерують 2,9 Вт / г механічної сили на масу м’язів, тобто в десять разів більше, ніж звичайні людські м’язи. Полімер в оболонці дозволив знизити допустимі температури до -30 градусів Цельсія.
А якщо додати в нанонитки частки оксиду графену, то продуктивність ще більше підвищиться — механічна сила штучних м’язів зросте до 8,2 Вт / г, тобто стане у 29 разів більше, ніж у людських.
