Штучні м’язи: крихітні танцюристи, що виробляють електрику
Що таке штучні м’язи?
Штучні м’язи — це тонкі полімерні пластини, які можуть розширюватися і скорочуватися, як справжні м’язи, при контакті з водою. Вони виготовлені з двох типів полімерів: поліпіролу, який забезпечує жорстку опорну структуру, та поліолборату, гнучкого гелю, який розширюється та скорочується.
Як працюють штучні м’язи?
Коли штучні м’язи контактують з водою, шар поліолборату поглинає воду і швидко згортається вгору. Після того, як нижній шар відривається від поверхні і стикається з повітрям, волога випаровується з нього, і він знову стає плоским. Цей процес розширення та скорочення імітує дію справжніх м’язів, які складаються з жорсткої мережі колагенових волокон, переплетених з еластичними мікрофібрилами.
Застосування штучних м’язів
Штучні м’язи мають широкий спектр потенційних застосувань, зокрема:
- Збирання енергії: Штучні м’язи можна використовувати для вироблення електроенергії з навколишнього середовища, наприклад, з водяної пари в повітрі або поту з тіла. Це може живити невеликі пристрої, такі як датчики навколишнього середовища або носна електроніка.
- Виконавчі механізми: Штучні м’язи можуть використовуватися для живлення м’яких роботів або інших пристроїв, які потребують точних рухів.
- Біомедичні пристрої: Штучні м’язи можна використовувати для створення імплантованих пристроїв, які допомагають рухатися або відновлювати пошкоджені тканини.
Переваги штучних м’язів
Штучні м’язи мають кілька переваг порівняно з традиційними двигунами та виконавчими механізмами:
- Легкі та гнучкі: Штучні м’язи виготовлені з тонких полімерних пластин, що робить їх легкими та гнучкими. Це дозволяє інтегрувати їх у різноманітні пристрої та застосунки.
- Низьке споживання енергії: Штучні м’язи споживають дуже мало енергії, що робить їх ідеальними для застосунків, де важлива енергоефективність.
- Біосумісні: Штучні м’язи виготовлені з матеріалів, сумісних з людським тілом, що робить їх придатними для використання в біомедичних пристроях.
Недоліки штучних м’язів
Штучні м’язи також мають деякі недоліки:
- Обмежений вихідний момент сили: Штучні м’язи не такі сильні, як традиційні двигуни та виконавчі механізми, тому вони можуть не підходити для застосунків, які потребують великого вихідного моменту сили.
- Обмежений термін служби: Штучні м’язи мають обмежений термін служби, і їхня продуктивність може погіршуватися з часом.
- Чутливість до навколишнього середовища: Штучні м’язи чутливі до умов навколишнього середовища, таких як температура та вологість, які можуть впливати на їхню продуктивність.
Майбутнє штучних м’язів
Штучні м’язи — це перспективна нова технологія з широким спектром потенційних застосувань. Дослідники активно працюють над покращенням їхньої міцності, терміну служби та стійкості до впливу навколишнього середовища. Оскільки ці виклики будуть подолані, штучні м’язи, ймовірно, стануть дедалі поширенішими у різних галузях, від робототехніки до медицини.
Ось кілька додаткових деталей про штучні м’язи:
- Штучні м’язи можуть піднімати предмети, які в кілька разів важчі за них самих.
- Штучні м’язи можуть генерувати електрику з напругою близько 1 вольта.
- Штучні м’язи можуть бути виготовлені з різних матеріалів, включаючи полімери, кераміку та метали.
- Штучні м’язи ще перебувають на ранніх стадіях розробки, але вони мають потенціал революціонізувати широкий спектр галузей.
