וִידֵאוֹ: ערעור להגמיש: החוקרים יוצרים שרירי פחמן ננו-צינוריים
2023 מְחַבֵּר: Peter Bradberry | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-05-21 22:33
החוקרים בודקים חומר חדש וחזק וקשוח שמתרחב או מתכווץ כאשר מטען חשמלי מוחל ומסוגל לעמוד בחום בוער וקור מקפיא.
חוקרים מזה עשרות שנים פיתחו פולימרים וחומרים אחרים שהם מקווים להשתמש בהם מתישהו ליצירת שרירים מלאכותיים שכאשר הם מקבלים מטען חשמלי, הם מחקים את הדבר האמיתי בזול וביעילות רבה יותר מהמערכות ההידראוליות והמנועים החשמליים המשמשים כיום. קבוצת מדענים באוניברסיטת טקסס בדאלאס, אלן ג. מקדיארמיד מכון ננוטק, מדווחת היום במדע כי הם הדגימו סוג חדש לחלוטין של שריר מלאכותי, המורכב כמעט אך ורק מצינורות פחמן שיכולות לפעול בטמפרטורות נמוכות במיוחד לגרום להקפאת מערכות שרירים מלאכותיות אחרות ובטמפרטורות גבוהות מאוד שיגרמו להתפרקות מערכות שרירים אחרות.
מחבר שותף ומנהל המכון, ריי באוגמן, פרופסור לכימיה, אומר שריר מלאכותי כל כך קל משקל ובצפיפות נמוכה המסוגל לסבול טמפרטורות בין חנקן נוזלי (-321 מעלות צלזיוס, או -196 מעלות צלזיוס) לבין נקודת ההתכה של ברזל (ניתן להשתמש ב -2, 800 מעלות צלזיוס, או 1, 538 מעלות צלזיוס) להעברת מפרקים, זרועות ורכיבים אחרים של מבנים לחלל, לחלל ולחקירה פלנטרית, כאשר סביבה עוינת אוסרת על שימוש בכל סוג אחר של חומר הפעלה.
אף על פי ששרירים מלאכותיים פועלים בדרך כלל באותה עיקרון כמו שרירי בעלי חיים, ככל הנראה שריר מלאכותי של פחמן ננו אינו עשוי לשמש בגפיים תותבות או להחליף רקמות. "המתחים הגבוהים המשמשים להפעלה מבטלים את האפשרות להחלפת רקמות", אומר בוגמן ומוסיף כי הגפיים התותבות אינן זקוקות לקצב התגובה המהיר או ליכולת לסבול טמפרטורות קיצוניות שיש לחומר החדש. סוגים אחרים של שרירים מלאכותיים, במיוחד כאלה שהופכים את האנרגיה הכימית של הדלקים לאנרגיה מכנית, מתאימים יותר לתותבות, הוא מוסיף.
השריר המלאכותי החדש הוא למעשה יריעת "איירגל" שקופה (מה שנקרא מכיוון שרוב הנפח בסדין הוא אוויר או ואקום). האוויר ג'ל מורכב מצינורות פחמן מיושרות העוברות בחומר: "חוזק הספציפי" של הסדין (חוזק מחולק על פי צפיפות) עולה על זה של לוח הפלדה החזק ביותר כאשר מנסים למתוח אותו לאותו כיוון שצינורות הננו מיושרים, אומר באגמן. עם זאת, החומר אכן נמתח ביתר קלות כאשר הוא מושך לכיוון רוחבי. "לחומר זה יש תכונות אלה בין אם הוא טעון ובין אם לאו", הוא מוסיף.
"המטרה העיקרית של הקבוצה של ריי היא להסתכל על חומרים שונים, לראות אם הם יכולים להוציא מהם תנועה וכוח ואז לראות כמה רחוק הם יכולים לדחוף אותם", אומר ג'ון מאדן, פרופסור חבר להנדסת חשמל ומחשבים. אוניברסיטת קולומביה הבריטית בוונקובר.
גיליון האוויר-ג'ל, שעובי של כ- 20 מיקרון (מיקרון אחד שווה כ- 40 מליון סנטימטר) כאשר הוא מיוצר בתחילה וכ- 50 ננומטר (ננומטר אחד שווה ל- 40 מיליארד סנטימטר) כאשר הוא נעשה צפוף יותר, יכול להתרחב פי שלושה מהמקור שלו. גודל כאשר מפעילים מתח חיובי (כל דבר נוסף יפגע בחומר), ומתכווץ חזרה לגודלו המקורי כאשר מכבים את המיץ. התרחבות זו נובעת מכוחות הדחייה שיוצרים צינורות הפחמן (דוחפים אותם רחוק יותר זה מזה) כאשר מוחל חשמל על החומר. הצוות "יצר חומר שאף אחד אחר לא יצר", אומר מאדן, שכתב על המחקר במאמר מדעי המלווה את המחקר. "לא רק שהוא קליל, הוא חזק מאוד בכיוון אחד, אלא שבכיוון השני אין לו כמעט נוקשות. מעולם לא ראיתי שום דבר עם שונות כזו בין הכיוונים.".
מכיוון שצינורות הננו מפסיקות את האור בניצב לכיוון היישור שלהן, ניתן להשתמש ביכולת לשנות את צפיפות יריעות האוויר-ג'ל ואז להקפיא אותן בצורה זו כדי לשפר "אלקטרודות ננו-צינורות המשמשות בתצוגות פולטות אור אורגניות, תאים סולאריים, הפשטת מטען מיון. קורות, ופליטת שדה אלקטרונים קרה ", על פי דו"ח המדע.
לטווח הארוך יותר, תכונותיו העמידות לטמפרטורה של השריר המלאכותי יכולות להיות שימושיות בעת חקירת כוכבי לכת אחרים. "יתכן שתזדקק לכך אם תרצה לשנות את כיוון התאים הסולאריים המשמשים להפעלת חללית בזמן שהיא עוברת בטמפרטורות החלל הנמוכות", אומר באוגמן. בנוסף, לווין, רוברט חקרני או חללית המשתמשים בשריר מלאכותי המיוצר מאיירגל ולא ממערכת הידראולית או מנוע העשוי פלדה יהיו קלים יותר ויזדקקו פחות אנרגיה כדי לשגר לחלל. "עבור יישומים שבהם אתה רוצה למזער את המשקל", הוא אומר, "שם האווירגל יעשה טוב."
הצפיפות הנמוכה של החומר, לעומת זאת, תהיה פחות יתרון לבניינים על פני כדור הארץ, מכיוון שנדרש הרבה איירגל בכדי לבצע עבודת קרן פלדה בבניין, למשל. "הקורה [עשויה מאיירגל] עשויה להיות קלה יותר", אומר מאדן, "אבל היא תצטרך להיות הרבה יותר גדולה."
Baughman's הוא הדוגמה האחרונה לשריר מלאכותי; כמה סוגים אחרים פועלים כבר שנים. חברת SRI אינטרנשיונל והיפר דרייב קורפ ביפן בדקו בדצמבר גנרטור המופעל במשותף על ידי מצוף, המופעל על ידי גל ים, מול חופי סנטה קרוז, קליפורניה, שהשתמש בתוכנו דמוי אקורדיון, עשוי שריר מלאכותי פולימרי אלקטרואקטיבי (EPAM), ליצור אנרגיה מכנית שהוסבה לחשמל. ובשנת 2005 העניקה תלמידת התיכון פאנה פלזן (בת 17 אז) שלוש זרועות רובוטיות שונות שריריות מלאכותיות בתחרות היאבקות ידיים. זרוע רובוטית המיוצרת על ידי Environmental Robots, Inc., (ERI) בניו מקסיקו, השקיעה את מירב המאמצים ושרדה 26 שניות, ואילו זרועות מהמכון הפוליטכני של וירג'יניה ומעבדות המכון הטכנולוגי הפדרלי לשוויץ לבדיקת חומרים וחקר הפסידו בפחות מ ארבע שניות כל אחד.