Вот и новый мотор на искусственных мышцах учёные построили из нанотрубочной пряжи. Её авторы опытов поместили в жидкость, проводящую ионы, и добавили в сосуд электроды для создания разности потенциалов между углеродной нитью и электролитом.

Схема первого опыта. Слева направо — дополнительный контрольный электрод, основной электрод с нанотрубочной пряжей нанотрубки и второй электрод. Жёлтым показана вертушка (лопасти), играющая роль нагрузки для этого мотора (иллюстрация University of Texas at Dallas).

Работает система следующим образом. Когда к нити прикладывается напряжение (-3 вольта), ионы из раствора мигрируют в поры пряжи, чтобы компенсировать заряд. В этот момент нить становится своего рода конденсатором.

Наполнение ионами увеличивает объём нити, она разбухает, сокращается в длину и за счёт наклона отдельных нанотрубочных волокон создаёт крутящий момент. Заряженная таким образом нить начинает быстро раскручиваться. Темп вращения достигает 590 об/мин.

Один погонный миллиметр такой мышцы способен обернуться вокруг своей оси 250 раз, передаёт PhysOrg.com. Это в тысячу раз больше, чем у любых искусственных мышц, созданных на основе сегнетоэлектриков, проводящих полимеров, или сплавов с памятью формы. А ведь учёные научились плести углеродные нити длиной в сантиметры...

После достижения предельного числа оборотов закреплённая с концов нить прекращает работу, но смена полярности напряжения заставляет её вращаться в обратную сторону. Это свойство нанотрубочных мышц можно использовать для привода различных микроскопических механизмов.

В качестве примера учёные построили прототип микрожидкостного смесителя. В нём была задействована нить потолще – диаметром 15 микрометров. Посередине нити закрепили прямоугольные лопасти. Они были погружены в поток жидкости, содержащий две краски – синюю и жёлтую. Сама нить была погружена в электролит, и к ней подвели тонкие проводки. Меняя напряжение на контактах, учёные добились вращения лопастей смесителя.

Прототип смесителя. Ширина канала с красками – 3 миллиметра. Справа – увеличенный снимок «вертушки» (фото University of Texas at Dallas).

Физики посчитали, что удельная (по отношению к весу) мощность мышцы из нанотрубочной пряжи сравнима с удельной мощностью крупных электромоторов, а ведь последние с уменьшением размеров сильно теряют в этом показателе. Авторы работы считают, что подобный механизм можно существенно сократить в размерах и применять в разнообразных химических чипах-анализаторах.

(Детали эксперимента можно найти в статье в Science.)