Naukowcy zademonstrowali sztuczne mięśnie napędzane alkoholem

Naukowcy zademonstrowali sztuczne mięśnie napędzane alkoholem

Nanotechnologowie z Uniwersytetu Teksańskiego z Dallas stworzyli sztuczne mięśnie napędzane alkoholem, które są 100 razy silniejsze od naturalnych mięśni, są zdolne wykonać 100 razy cięższą pracę w cyklu i generują silniejsze skurcze. Spośród wielu możliwości, nowe sztuczne mięśnie umożliwiają zasilanie sztucznych kończyn paliwem, tworzenie tzw. inteligentnych powłok, przekształcanie struktur (np. w samolotach i statkach), zwiększanie zdolności robotów oraz tworzenie inteligentnych sensorów.

Obecnie produkowane roboty nie są zdolne do swobodnego poruszania się przez dłuższy okres czasu. Po pierwsze ze względu na fakt, iż są połączone kablami zasilającymi do stacjonarnych źródeł energii elektrycznej. Z kolei roboty zasilane prądem z baterii mają krótki czas działania, ze względu na ograniczoną żywotność baterii. W ten sposób czas działania i intensywność prac jest limitowana. Rozwiązaniem tego problemu mają być sztuczne mięśnie stworzone przez amerykańskich badaczy, które na wzór tych naturalnych, konwertują energię chemiczną z paliwa energetycznego (w tym przypadku jest to alkohol i wodór) w energię mechaniczną.

Podstawowymi komponentami sztucznych mięśni są węglowe nanorurki. Pełnią one równocześnie dwie funkcje: jako mięśnie i jako ogniwa paliwowe. Nanorurki z katalizatorem działają jako elektrody: do przetwarzania energii chemicznej w mechaniczną , jako superkondensator do magazynowania energii elektrycznej i jako komponent transformujący tę energię elektryczną na mechaniczną. Ładunek powstający na elektrodzie jako wynik spalania paliwa powoduje ruch. Zjawisko to jest wywołane kombinacją różnych efektów mechanicznych i elektrostatycznych zachodzących w skali nano.

Badacze widzą zastosowanie dla tych nowoczesnych sztucznych mięśni przy budowie autonomicznych robotów humanoidalnych, sztucznych kończyn symulujących te naturalne, i eksoszkieletów zapewniających ludziom ponadnaturalną siłę – projektowane dla strażaków, astronautów i żołnierzy. Wszystkie te rozwiązania napędzane będą alkoholem jako wysokoenergetycznym paliwem i dodatkowo będą się nadawały do długich „energożernych” misji, co ma szczególne znaczenie w przypadku samodzielnych misji autonomicznych robotów.

Działanie sztucznych mięsni opiera się konwersji energii chemicznej na ciepło w trakcie reakcji katalitycznej mieszanki alkoholu z tlenem pochodzącym z powietrza. Otrzymana podwyższona temperatura powoduje powstanie skurczy mięśni wykonanych z inteligentnych metali z pamięcią kształtu. Następnie uruchamia się system chłodzący, który obniża temperaturę, powodując rozkurcz materiałów. System taki szczególnie łatwo zaimplementować w urządzeniach robotyki.

Sztuczne mięśnie napędzane paliwem łatwo będzie zmniejszyć do skali mikro i nano, tworząc mikromięśnie, które posłużą do budowy tzw. inteligentnych powłok poprawiających wydajność i osiągi samolotów i statków. Poprzez zamianę metalowych katalizatorów na enzymy prawdopodobnie w przyszłości będzie możliwość napędzania sztucznych mięśni paliwem pochodzącym z jedzenia. Takie rozwiązania sprawdziłyby się np. przy budowie sztucznego serca.