Читаем Юный техник, 2013 № 02 полностью

Юный техник, 2013 № 02

Первые опыты показали, что бактерии действительно способны заделывать трещины кальцитом. При этом исчезают как относительно крупные дефекты, так и микротрещины размером около 0,2 миллиметра. Последние не влияют на механические характеристики материала и обычно допускаются нормами строительства.

В. ЧЕРНОВ

ПО СЛЕДАМ СЕНСАЦИЙ
Наномышцы для мегасилачей

Исследователи из Техасского университета в Далласе (США) вместе с коллегами из Китая, Австралии, Бразилии, Южной Кореи, Канады и Украины создали гибкие искусственные мышцы. Они сокращаются за 25 мс (время, за которое человек не успеет даже моргнуть) и развивают мощность, в 85 раз превышающую ту, которую способны развить равные по размеру мышцы человека, сообщает журнал Science.

Проектом руководит Рэй Баухман ( Ray Н. Baughman) — известный специалист в области материаловедения (70 патентов в США, свыше 310 научных публикаций). Работа эта длится уже не первый год. Так, в 2009 году в печати уже сообщалось о материале для искусственных мышц, способном одинаково хорошо работать в жидком азоте и расплавленном железе.

Руководитель проекта — Рэй Баухман.

Разработка представляла собой более жесткую, чем сталь, и в то же время еще эластичнее, чем резина, ленту из углеродных нанотрубок. Она способна расширяться и сжиматься за миллисекунды, хорошо проводит ток и может работать при температурах от минус 200 до плюс 1600 градусов по Цельсию.

Теперь Баухману и его коллегам удалось создать непосредственно сами искусственные мышцы. Для этого они опять-таки использовали углеродные нанотрубки, скрутив из них некое подобие микроканата. Причем трубки ученые не оставили полыми, а закачали в них парафин.

Стенки нанотрубок состоят из графита — такого, как если бы его взяли из обычного карандаша. Слоистость обеспечивает материалу достаточную пластичность, чтобы его структура не была повреждена при свертывании в спираль.

Диаметр искусственной мышцы составляет 20 — 200 нанометров, что в 1000 — 10 000 раз меньше диаметра обычного человеческого волоса. При этом по прочности нить-мышца превосходит сталь приблизительно в 100 раз. Полученные мышцы оказались способны поднимать вес в сотни тысяч раз больше собственного, не теряя при этом эластичности. То есть робот с подобными мышцами мог бы заменить небольшой подъемный кран.

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.

Канатообразные искусственные мышцы сжимаются при увеличении температуры или в ответ на внешнее напряжение.

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.

Когда мы нагревали светом или током такую нить, то наблюдали, как она начинает вращаться и раскручиваться. При охлаждении нитей вращение прекращается. Скорость вращения достигает 11 500 оборотов в минуту. Крутящий момент мышцы получается больше, чем у электромотора», — рассказал руководитель проекта.

По словам Баухмана, ресурсы университета позволяют изготовить километр полотна для создания роботов, микроскопических моторов и клапанов, а также в индустрии детских игрушек.

Поскольку нановолокна достаточно эластичны и могут быть спрядены в нити, у ученых возникла идея создания одежды, реагирующей на условия внешней среды. Например, возможно создать скафандр, защищающий от внешних температурных или химических воздействий. В зависимости от температуры или наличия тех или иных отравляющих веществ в воздухе парафин внутри нанотрубок меняет свой объем, регулируя тем самым проницаемость скафандра.

Американские ученые работают также над созданием «обмундирования будущего» для солдат. Сверхлегкий комбинезон сможет защитить бойцов не только от влаги, но и от вредных газов, радиации и пуль.

Публикацию подготовил

С. НИКОЛАЕВ