Sztuczny mięsień silniejszy niż stal

Sztuczny mięsień silniejszy niż stal

Nowy materiał, który jest o wiele mocniejszy niż stal, sztywniejszy niż diament, a przy tym waży niewiele więcej od powietrza, może stać się idealnym budulcem sztucznych mięśni robotów.

„Stworzyliśmy zupełnie nowy rodzaj sztucznego mięśnia, który jest w stanie zapewnić wydajność zupełnie dotąd niespotykaną.” – stwierdził Ray Baughman, materiałoznawca z Uniwersytetu Texas, współtwórca nowego mięśnia.

Baughman wraz z kolegami opracowali technikę tworzenia wstążek ze splątanych nanorurek, które pod wpływem napięcia wydłużają się o 220 procent powracając następnie do swoich normalnych rozmiarów. Przy tym cały proces zajmuje zaledwie milisekundy. Układ tych wstążek może pełnić funkcję włókien sztucznego mięśnia, na przykład, by poruszać kończynami chodzącego robota. A materiał ten ma również inne imponujące właściwości.

Jest wyjątkowo sztywny ‘na długość’, a przy tym elastyczny ‘na szerokość’. A przy tym zachowuje swoje właściwości w imponującym zakresie temperatur, od -196 stopni Celsjusza, do 1538 stopni Celsjusza, czyli powyżej punktu topienia żelaza. Oznacza to, że potencjalnie robot wyposażony w mięśnie z nanorurek mógłby pracować w ekstremalnych warunkach.

Nowy materiał ma kilka zalet w porównaniu z innymi materiałami wykorzystywanymi jako sztuczne mięśnie. Niektóre z nich działają wyłącznie zanurzone w metanolu, inne są w stanie zmieniać swoje rozmiary bardzo nieznacznie, a żadne z nich nie są w stanie wytrzymać tak ekstremalnych temperatur. Splątane nanorurki układane są w powłokę, którą można określić mianem aerożelu, co oznacza, że zawiera więcej powietrza niż czegokolwiek innego. Każdy centymetr sześcienny waży zaledwie 1,5 miligrama, a biorąc pod uwagę cienkość powłoki, jeden gram pozwoliłby pokryć 30 metrów kwadratowych.

Wstążki aerożelu powstają najpierw poprzez hodowanie ‘lasów’ nanorurek, który przypominają gąszcz bambusowych łodyg. Naukowcy następnie przyklejają do tego gąszczu ‘taśmę klejącą’ i ciągną ją tak, by pokryła się cienką warstwą nanorurek, które w trakcie procesu splatają się ze sobą. Jak dotąd, udało się uzyskać wstążki o grubości pięćdziesiątej części milimetra, szerokości 16 centymetrów i długości kilku metrów. Powinno być jednak możliwe uzyskanie większych powłok zawierających więcej nanorurek.

John Madden z Uniwersytetu Kolumbii Brytyjskiej, nie będący zaangażowany w projekt stwierdził, że sprężystość oraz niewielka gęstość mogą uczynić ten materiał doskonałym do budowy konstrukcji w kosmosie; a jego lekkość znacznie obniżyłaby koszty wysyłania ładunku na orbitę.

Jednakże niewielka gęstość może stanowić również i problem, przekonuje Boris Yakobson, materiałoznawca z Rice University w Houston. Nowy materiał wagowo jest niemalże tak mocny jak ludzki mięsień, ale ponieważ jest tysiąc razy mniej gęsty, aby sztuczny mięsień był równie wytrzymały co ludzki, potrzeba by go było o wiele więcej.

Naukowcy powinni się skupić na gęstszym materiale o identycznych właściwościach, przekonuje Yakobson. „To, co prezentują, brzmi świetnie i motywująco. Jednakże, by znaleźć praktyczne zastosowanie, wciąż potrzebuje udoskonalenia.” – dodał.

(lk)