3.1 Сканирующая зондовая микроскопия
3.3 Самоорганизация наночастиц
3.4 Проблема образования агломератов
4.3 Наномедицина и химическая промышленность
4.4 Компьютеры и микроэлектроника
6 Отношение общества к нанотехнологиям
6.1 Реакция мирового сообщества на развитие нанотехнологий
6.2 Реакция российского общества на развитие нанотехнологий
6.3 Нанотехнологии в искусстве
Ученые Техасского университета в Далласе продолжают работу над созданием искусственных наномышц. Проектом руководит Рэй Бэкмен, известный специалист в области материаловедения (70 патентов в США, 310 научных публикаций с количеством цитирований более 18 000), иностранный член РАЕН и, как говорится на его сайте, лауреат медали имени Капицы этой академии.
В работе под руководством Бэкмена также участвуют специалисты из Австралии, Китая, Южной Кореи, Канады, Бразилии и Украины. Три года назад «Газета.Ru» рассказывала о разработке Бэкмена и его коллег — материале для искусственных мышц, способном одинаково хорошо работать в жидком азоте и расплавленном железе.
Та разработка представляла собой более жёсткую, чем сталь, и более эластичную, чем резина, ленту из многостенных углеродных нанотрубок; лента способна расширяться и сжиматься за миллисекунды, хорошо проводит ток и превосходно работает в диапазоне температур от минус 200 до плюс 1600 градусов по Цельсию.
Теперь Бэкмену и коллегам удалось создать непосредственно сами искусственные мышцы.
Для этого они опять-таки использовали углеродные нанотрубки, скрутив их в одну большую нить (мышцу). При этом нанотрубки ученые не оставили полыми, а поместили в них парафин.
Сами нанотрубки состоят из графита — такого, как если бы его взяли из обычного карандаша. Графит является одной из аллотропных (аллотропия — существование одного и того же химического элемента в виде двух и более простых веществ, различных по строению и свойствам) модификаций углерода и под микроскопом выглядит как очень плоский слоеный торт. Слоистость обеспечивает материалу достаточную пластичность, чтобы его структура не была повреждена при свертывании в спираль. Парафин, которым заполнили полости нанотрубок, ничем не отличается от свечного.
Размер получившейся мышцы достаточно компактен: ее диаметр составляет 20—200 нм (2—20•10-8 м), что в тысячу—десять тысяч раз меньше диаметра обычного человеческого волоса (100 мкм = 10-4 м).
При этом по прочности нить-мышца превосходит сталь приблизительно в сто раз.
Примечательно, что целиком нить являет собой цельную структуру, без швов и разрезов, так что порезаться о нее очень легко.
«Разработанные нами искусственные мышцы способны производить сверхбыстрые сокращения и позволяют поднимать вес, в 200 раз превышающий тот, который могли бы поднять естественные, — говорит Рэй Бэкмен. — Несмотря на то что спектр применения искусственных мышц достаточно широк, пересадить их человеку пока невозможно».
Механическая энергия, вырабатываемая в ходе сокращений, превышает человеческую в 85 раз. То есть робот с подобными мышцами мог бы заменить небольшой подъемный кран.Полученные мышцы оказались способны поднимать вес в сотни тысяч раз больше собственного, не теряя при этом эластичности.
В работе, опубликованной в пятницу в журнале Science, рассказано о создании такой мышцы и исследовании ее свойств. В ходе исследования ученые закрепили неподвижно один конец мышцы, на другой повесили микрогирю и подвергли нить нагреву с помощью лазера. Графит обладает хорошей теплопроводностью, что позволяет быстро нагревать парафин внутри нанотрубок. В процессе нагрева парафин начинает расширяться. За счет давления парафина углеродная трубка увеличивается в объеме, но ее длина при этом уменьшается — происходит сокращение. Этот процесс занимает приблизительно 0,025 секунды. Плотность энергии сокращения такой нити составляет около 4,2 кВт/кг, что в четыре раза больше отношения мощности к весу двигателя внутреннего сгорания.