Posted in | Nanoanalysis

Nye Studiehjælp Forklar den overraskende opførsel af Tiny "kunstige muskler"

Published on April 27, 2010 at 8:24 PM

Ved hjælp af neutron bjælker og atomic-force mikroskoper, et team af universitetets forskere, der arbejder med National Institute of Standards and Technology (NIST) kan have løst en 10-årig spørgsmål om en eksotisk klasse af "kunstige muskler"-Hvordan virker de ? Deres resultater * kan påvirke udformningen af ​​fremtidige specialiserede robot værktøjer.

Disse "kunstige muskler," først påvist i begyndelsen af ​​1990'erne, er "ionisk polymer metal composite" (IPMC) aktuatorer, en tynd polymer strimler belagt på begge flader med gennemførelse af metal. Den grundlæggende enhed i polymer molekyle har en opladet komponent knyttet til det (deraf, "ionisk"), og det danner en slags åben, gennemtrængelig struktur, som kan lægges i blød med vand molekyler og modsat ladede ioner. En beskeden elektriske ladning på tværs af metalliseret overflade vil medføre strimlen til flex i én retning; en skiftende afgift vil gøre det vrikke som en fiskehale. Men hvorfor?

Bøje muskel: IPMC aktuator bøjning i henhold til en anvendt elektrisk spænding. Som polariteten af ​​3-volt potentiale er tændt, aktuatoren bøjninger frem og tilbage. Credit: R. Moore, Virginia Polytechnic Institute og State University

"Der har været en masse debat om den mekanisme af aktivering i disse former for systemer," siger NIST materialer videnskabsmand Kirt side. En mulighed var, at den elektriske ladning på metalliseret ansigter forårsager polymer og den frie ioner til at reorientere sig ved siden af ​​metal, der strækker sig den ene side og kontraherende den anden. Men ved hjælp af en neutron stråle mod NIST Center for Neutron Research (NCNR) til at se en IPMC i aktion, da det vrikkede frem og tilbage, holdet har fundet noget helt andet. Neutroner er specielt gode til at kortlægge placeringen af ​​vandmolekyler, og de viste, at en væsentlig kraft i aktuatoren hydraulik. "Vandet og ioner flytte til en elektrode hævelse den ene side og tørring af andre, der forårsager det til kontrakt, og det bøjer i den retning," forklarer Virginia Tech professor Robert Moore, der har instrueret forskningen. "Så kan du vende potentiale, kommer de ioner skrigende back-positive ioner igen bevæger sig mod den nye negative elektrode-og du kan gå frem og tilbage."

Det sker overraskende hurtigt, ifølge Page. "Folk var ikke helt overbevist om, at vand faktisk kunne flytte over disse afstande, der hurtigt," siger han, "Dette papir er den første til at vise, at i virkeligheden er denne gradient i vandet koncentrationen etableret næsten øjeblikkeligt."

En bedre forståelse af, hvor IPMC aktuatorer arbejde kunne give forskere til at ingeniør bedre materialer af denne type med forbedret ydeevne. Nuværende aktuatorer kan være små og lette vægt, og de kan flex over relativt store afstande, men den kraft, de kan generere, er lavt, så disse "muskler" ikke meget stærk, ifølge Moore. De kunne bruges i mikrofluide systemer som pumper eller ventiler, som små robot gribere i applikationer, hvor andre aktuatorer er upraktisk eller endda, siger Moore, "som egentlige kunstige muskler i levende væv. Jeg tror, ​​vi er stadig i den spæde fase af hjælp disse. Der er stadig en lang række oplysninger om den mekanisme, at vi er nødt til at låse op. "

* JK Park, PJ Jones, C. Sahagun, KA Page, DS Hussey, DL Jacobson, SE Morgan og RB Moore. Elektrisk stimuleret gradienter i vand og counterion koncentrationer inden elektroaktive polymer-aktuatorer Soft Matter. 2010. 6. 1444-1452. DOI: 10.1039/b922828d.

Last Update: 24. October 2011 02:48

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this news story?

Leave your feedback
Submit