Nawoskowane i skręcone włókna utworzą supermięśnie

Małe może być nie tylko piękne, ale i wytrzymałe. Międzynarodowy zespół naukowców uzyskał sztuczne mięśnie z nanowłókien nasączonych woskiem parafinowym. Są one w stanie utrzymać ciężar ponad 100000-krotnie przewyższający ich własną masę, generują też 85 razy większą moc mechaniczną niż włókna naturalne tych samych rozmiarów.

Duże, ultraszybkie skurcze opracowanych przez nas sztucznych mięśni pozwalają unieść ciężar stanowiący 200-krotność maksymalnych możliwości naturalnego mięśnia tej samej wielkości - wyjaśnia dr Ray Baughman z Uniwersytetu Teksańskiego w Dallas.

Skręcone włókna z nanorurek węglowych nasączono woskiem parafinowym. Podgrzewanie elektryczne lub za pomocą rozbłysku światła prowadzi do rozszerzania wosku, zwiększenia objętości włókna i zmniejszenia jego długości.

Z powodu prostoty i wysokiej wydajności sztuczne mięśnie znajdą zastosowanie m.in. w robotach, cewnikach do chirurgii minimalnie inwazyjnej, mikrosilnikach, mieszadłach w układach mikrofluidycznych, dostrajalnych systemach optycznych, mikrozastawkach, [...] a nawet zabawkach.

Naukowcy wyliczyli, że skurczowa gęstość mocy ich wynalazku wynosi 4,2 kW/kg, a to 4-krotność stosunku mocy do wagi w zwykłych wewnętrznych silnikach spalinowych.

Kiedy może się swobodnie obracać, podgrzane elektrycznie lub za pomocą światła włókno zaczyna się rozkręcać. Proces ten da się zatrzymać, wyłączając ogrzewanie. Przy ponad 2 mln odwracalnych cykli włókno połączone z łopatą wirnika jest w stanie ją rozpędzić do średniej prędkości 11.500 obrotów na minutę.

Akademicy uważają, że ich włókna i mięśnie będzie można wykorzystać w samozasilających się inteligentnych materiałach czy tekstyliach. Zmiana temperatury lub obecność pewnych związków prowadziłaby do zmian objętości impregnatu i dostosowania porowatości. Użytkownikowi takiego stroju robiłoby się cieplej/chłodniej, miałby też zapewnioną ochronę przeciwchemiczną.

Autorzy artykułu opublikowanego w Science zaznaczają, że nawet bez wosku parafinowego skręcenie włókien z nanorurek prowadzi do pożądanych zmian we współczynniku rozszerzalności cieplnej. Jest on ujemny, co oznacza, że czyste włókno (bez impregnatu) kurczy się pod wpływem temperatury. W atmosferze gazów obojętnych przy podnoszeniu ciężkich ładunków wzrost temperatury od pokojowej do ok. 2500 stopni Celsjusza generował ponad 7-proc. skurcz. Oznacza to, że sztuczne mięśnie spełnią swoja rolę przy temperaturach przekraczających punkt topnienia stali nawet o 1000 st. Celsjusza.

Biorąc pod uwagę niesamowite właściwości sztucznych mięśni i to, że specjaliści potrafią wyprodukować kilometrowe włókna, można się spodziewać szybkiej komercjalizacji wynalazku.

włókna sztuczne mięśnie nanorurki węglowe wosk parafinowy rozszerzalność cieplna moc mechanicza gęstość mocy dr Ray Baughman