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Posted in | Nanoanalysis

Les Aides Neuves d'Étude Expliquent le Comportement Étonnant Minuscules « des Muscles Artificiels »

Published on April 27, 2010 at 8:24 PM

Utilisant des faisceaux neutron et des microscopes d'atomique-force, une équipe des chercheurs d'université travaillant avec le National Institute of Standards and Technology (NIST) a pu avoir résolu une question de 10 ans au sujet d'une classe exotique « des muscles artificiels » - comment fonctionnent-elles ? Leur results* a pu influencer le design de futurs outils robotiques spécialisés.

Ces « muscles artificiels, » ont expliqué la première fois au début des années 90, sont les déclencheurs « composés » en métal de polymère ionique (IPMC), une bande mince de polymère plaquée sur les deux surfaces avec le métal de conduite. L'ensemble de base de la molécule de polymère a un composant chargé fixé à lui (par conséquent, « ionique »), et il forme une sorte de structure ouverte et perméable qui peut être imbibée de des molécules d'eau et des ions à l'opposé chargés. Une charge électrique modeste en travers des surfaces métallisées fera fléchir la bande dans un sens ; une charge alternative l'effectuera branler comme l'arrière d'un poisson. Mais pourquoi ?

Fléchissement du muscle : Déclencheur d'IPMC courbant sous une tension électrique appliquée. Pendant Que la polarité du potentiel de 3 volts est commutée, le déclencheur courbe dans les deux sens. Crédit : R. Moore, Institut Polytechnique de la Virginie et Université De L'Etat

« Il y a eu beaucoup de discussion pour le mécanisme de la mise en fonction dans ces genres de systèmes, » dit la Page de Kirt de scientifique de matériaux de NIST. Une possibilité était que la charge électrique sur les faces métallisées fait se réorienter le polymère et les ions libres à côté du métal, étirant un côté et contractant l'autre. Mais employant un faisceau neutron au Centre de NIST pour la Recherche de Neutron (NCNR) pour observer un IPMC dans l'action pendant qu'elle branlait dans les deux sens, l'équipe a trouvé quelque chose très différente. Les Neutrons sont particulièrement bons pour tracer les emplacements des molécules d'eau, et ils ont prouvé qu'une force importante dans le déclencheur est l'hydraulique. « L'eau et les ions déménagent à une électrode gonflant un côté et la déshydratation de l'autre, entraînant cela se contracter, et elle courbe dans ce sens, » explique professeur Robert Moore, qui de Tech de la Virginie a dirigé la recherche. « Alors vous renversez le potentiel, les ions viennent les ions de retour-positifs criards déménageant de nouveau vers le négatif neuf électrode-et vous pouvez aller dans les deux sens. »

Il se produit étonnant rapide, selon la Page. Les « Gens n'ont pas été tout convaincus que l'eau pourrait réellement déménager au-dessus de ces distances qui rapidement, » il dit, « Cet article est la première pour afficher cela en fait, ce gradient dans la concentration en eau est déterminée presque instantanément. »

Une meilleure compréhension de juste comment le travail de déclencheurs d'IPMC pourrait permettre à des chercheurs de concevoir de meilleurs matériaux de ce type avec des performances améliorées. Les déclencheurs Actuels peuvent être petits et légers, et ils peuvent fléchir au-dessus des distances relativement grandes, mais la force qu'ils peuvent produire est faible ainsi ces « muscles » ne sont pas très intenses, selon Moore. Ils pourraient être utilisés dans des systèmes microfluidic comme pompes ou soupapes, en tant que préhenseurs robotiques minuscules dans les applications où d'autres déclencheurs sont irréalistes ou même, dit Moore, « en tant que muscles artificiels réels en tissus vivants. Je pense que nous sommes toujours dans le stade d'enfance d'utiliser ces derniers. Il restent un certain nombre de petits groupes au sujet du mécanisme que nous devons déverrouiller. »

* J.K. Parc, P.J. Jones, C. Sahagun, K.A. Page, D.S. Hussey, D.L. Jacobson, S.E. Morgan et R.B. Moore. Gradients Électriquement stimulés dans des concentrations en eau et en counterion dans la Substance Molle de déclencheurs electroactive de polymère. 2010. 6. 1444-1452. DOI : 10.1039/b922828d.

Last Update: 12. January 2012 22:41

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