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Posted in | Nanoanalysis

新しい研究では、小さな"人工筋肉"の予想外の動作を説明するのに役立ちます

Published on April 27, 2010 at 8:24 PM

中性子ビームと原子間力顕微鏡を使用して、扱う大学の研究者のチームは標準技術局(NIST)の国立研究所は、 "人工筋肉" -どのように動作するかのエキゾチックなクラス約10歳の質問を解決している場合があります?その結果の*は、将来の専門的なロボットのツールの設計に影響を与える可能性がある。

最初の初期1990年代に示したこれらの"人工筋肉は、"​​、"イオン性高分子金属複合材料"(IPMC)アクチュエータ、金属を行うと、両方の表面にメッキされた高分子薄膜のストリップです。ポリマー分子の基本単位は、(それゆえ、"イオン")に接続されている荷電成分を持っており、それは水分子と反対に帯電したイオンを含浸させたことができるオープンな、透過性構造物の一種を形成している。金属化表面全体でささやかな電荷は、ストリップが一方向に曲げることになります。交互に充電は魚の尾のように小刻みに動くようになります。しかし、なぜ?

筋肉を伸ばしたり縮めたり:適用される電気の電圧下で曲げIPMCアクチュエータ。 3 Vの電位の極性が切り替えられるように、前後にアクチュエータを曲げる。クレジット:R.ムーア、バージニア州立工科大学

"これらの種類のシステムの作動のメカニズムまでに数多くの議論が行われている、"NISTの材料科学者のKirtのページは述べています。一つの可能​​性は、金属化面に電荷が一方の側をストレッチし、他の契約、金属の隣に自分自身の向きを変更するポリマーと遊離イオンを発生するということでした。しかし、それが前後にwiggledとしてアクションでIPMCを見て中性子研究NISTセンター(NCNR)に中性子ビームを使用して、チームは非常に異なるものを発見。中性子は水分子の位置をマッピングするための特に優れている、と彼らは、アクチュエータに大きな力が油圧であることを示した。 "水とイオンはその契約を引き起こして、片側の腫れや他の脱水一方の電極に移動し、それをその方向に曲がるが、"研究を指示したバージニア工科大学の教授ロバートムーアを、説明しています。 "次に、可能性を反転、イオンは再び新たな負の方向に進んバック - 正イオン叫んで来る電極をし、前後に行くことができる。"

それはページによると、驚くほど速く起こる。 "人々は非常に水が実際にそのすぐに、これらの距離以上移動することができると確信していなかった、"彼は言う、"このホワイトペーパーでは、実際には、水の濃度では、この勾配はほぼ瞬時に確立されていることを示す最初のです。"

どれだけIPMCアクチュエータの仕事をよりよく理解するには、研究者はパフォーマンスを向上させると、このタイプの良い材料を設計する可能性があります。現在のアクチュエータは、小型軽量であることができ、それらは比較的大きな距離以上曲げることができますが、それらが発生させることができる力は、これらの"筋肉が"ムーアによれば、非常に強くはないので低いです。彼らは他のアクチュエータであっても非現実的かなアプリケーションで小さなロボットグリッパーとして、ポンプやバルブのようにマイクロ流体システムに使用することができる、ムーアは、生体組織における実際の人工筋肉として"、述べています。私は、我々が使用しての幼児期の段階ではまだだと思うこれらは。それでも我々はロックを解除する必要があるメカニズムの詳細については、かなりの数があります。"

* JKパーク、PJジョーンズ、C. Sahagun、KAページ、DSハッセー、DLヤコブソン、SEモーガンとRBムーア。電気的に電場応答性高分子アクチュエータのソフトマターの中で水とイオンの濃度勾配を刺激した。 2010。 6。 1444年から1452年。 DOI:10.1039/b922828d。

Last Update: 3. October 2011 15:26

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