Posted in | Nanoanalysis

Nye Studiehjelpemidler Forklar Overraskende Behavior of Tiny "Artificial Muskler"

Published on April 27, 2010 at 8:24 PM

Bruk nøytron bjelker og atom-force mikroskop, et team av universitet forskere arbeider med National Institute of Standards and Technology (NIST) kan ha løst en 10 år gammel spørsmål om en eksotisk klasse av "kunstige muskler"-hvordan fungerer de ? Deres resultater * kunne påvirke utformingen av fremtidens spesialiserte robot-verktøy.

Disse "kunstige muskler," første gang påvist i begynnelsen av 1990, er "ionisk polymer metall composite" (IPMC) aktuatorer, en tynn polymer stripe belagt på begge overflater med ledende metall. Den grunnleggende enhet i polymer molekylet har en belastet komponent knyttet til den (derav "ionic"), og den danner en slags åpen, gjennomtrengelige struktur som kan bli dynket med vann molekyler og motsatt ladde ioner. En beskjeden elektrisk ladning over metalliserte flater vil føre til at stripen til flex i én retning; et vekslende kostnad vil gjøre det wiggle som en fisk hale. Men hvorfor?

Bøye muskler: IPMC aktuator bøying under en brukt elektrisk spenning. Som polariteten av 3-volts potensialet er slått, aktuatoren svinger frem og tilbake. Credit: R. Moore, Virginia Polytechnic Institute og State University

"Det har vært mye debatt om mekanismen for aktivering i slike systemer," sier NIST materialer forsker Kirt Page. En mulighet var at den elektriske ladningen på metalized ansikter fører til at polymer og den frie ioner til omorientere seg ved siden av metall, strekker den ene siden og entreprenørselskap den andre. Men ved hjelp av et nøytron bjelke ved NIST Senter for Neutron Research (NCNR) for å se en IPMC i aksjon da det lea frem og tilbake, fant teamet noe ganske annet. Nøytroner er spesielt bra for å kartlegge plassering av vannmolekylene, og de viste at en stor kraft i aktuatoren er hydraulikk. "Vannet og ioner flytte til en elektrode hevelse ene siden og dehydrating den andre, noe som til kontrakten, og det svinger i den retningen," forklarer Virginia Tech professor Robert Moore, som ledet forskningen. "Så du vende potensialet, kommer ioner skrikende back-positive ioner igjen beveger seg mot nye negative elektroden, og du kan gå frem og tilbake."

Det skjer overraskende fort, i henhold til side. "Folk var ikke helt overbevist om at vannet faktisk kunne bevege seg over disse avstandene som raskt", sier han, "Dette papiret er den første til å vise at i virkeligheten er dette gradient i vannet konsentrasjonen etablert nesten umiddelbart."

En bedre forståelse av hvor IPMC aktuatorer arbeid kan tillate forskere å ingeniør bedre materialer av denne type med forbedret ytelse. Nåværende aktuatorer kan være små og lette, og de kan flex over relativt store avstander, men den kraft de kan generere er lav, slik at disse "muskler" er ikke veldig sterk, ifølge Moore. De kunne bli brukt i microfluidic systemer som pumper eller ventiler, som små robot gripere i applikasjoner der andre aktuatorer er upraktisk eller selv, sier Moore ", som faktisk kunstige muskler i levende vev. Jeg tror vi er fortsatt i sin barndom stadium ved bruk av disse. Det er fortsatt ganske mange detaljer om den mekanismen som vi trenger for å låse opp. "

* JK Park, PJ Jones, C. Sahagun, KA Page, DS Hussey, DL Jacobson, SE Morgan og RB Moore. Elektrisk stimulert gradienter i vann og counterion konsentrasjoner innenfor electroactive polymer aktuatorer Soft Matter. 2010. Seks. 1444 til 1452. DOI: 10.1039/b922828d.

Last Update: 3. October 2011 15:47

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