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Novo estudo ajuda a explicar o comportamento surpreendente de Tiny "músculos artificiais"

Published on April 27, 2010 at 8:24 PM

Usando feixes de neutrões e microscópios de força atômica, uma equipe de pesquisadores da universidade trabalhar com o Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) podem ter resolvido uma questão de 10 anos de idade, cerca de uma classe exótica de "músculos artificiais", como eles funcionam ? * Seus resultados poderiam influenciar a concepção de ferramentas especializadas futuro robótico.

Estes "músculos artificiais", demonstrou pela primeira vez no início de 1990, são "iônica de metal polímero" (IPMC) atuadores, uma faixa fina de polímero banhado em ambas as superfícies com a realização de metal. A unidade básica da molécula de polímero tem um componente ligado a ele cobrado (daí, "iônica"), e forma uma espécie de estrutura aberta e permeável que pode ser embebido com moléculas de água e íons de carga oposta. Uma carga elétrica modesta através das superfícies metalizadas fará com que a faixa de flexionar em uma direção; uma carga alternada irá torná-lo wiggle como a cauda de um peixe. Mas por quê?

Flexão muscular: atuador IPMC flexão sob uma tensão aplicada elétrica. Como a polaridade do potencial de 3 volts é ligada, as curvas atuador frente e para trás. Crédito: R. Moore, Virginia Polytechnic Institute e State University

"Tem havido muita discussão sobre o mecanismo de atuação nestes tipos de sistemas", diz NIST materiais Página Kirt cientista. Uma possibilidade era de que a carga elétrica nos rostos metalizado faz com que o polímero e os íons livres para reorientar-se ao lado do metal, que se estende de um lado e contratação de outro. Mas usando um feixe de nêutrons no centro do NIST para Pesquisa de Nêutrons (NCNR) para assistir a um IPMC em ação, uma vez que balançou frente e para trás, a equipe descobriu algo muito diferente. Nêutrons são particularmente bons para o mapeamento dos locais de moléculas de água, e eles mostraram que uma grande força no atuador é hidráulica. "A água e os íons se movem de um eletrodo inchaço um lado e desidratando o outro, fazendo com que a contrato, e ele se curva nessa direção", explica Virginia Tech professor Robert Moore, que dirigiu a pesquisa. "Então você virar o potencial, os íons vêm gritando back-íons positivos novamente caminhando para o novo eletrodo negativo e você pode ir e voltar."

Isso acontece com uma rapidez surpreendente, de acordo com Page. "As pessoas não estavam convencidos de que a água poderia realmente passar essas distâncias que rapidamente", diz ele, "Este estudo é o primeiro a mostrar que, na verdade, esse gradiente na concentração de água é estabelecido quase que instantaneamente."

Uma melhor compreensão de como funcionam os atuadores IPMC poderia permitir aos pesquisadores melhor engenheiro de materiais desse tipo com um melhor desempenho. Atuadores atual pode ser pequena e leve, e eles podem flexionar a distâncias relativamente grandes, mas a força que pode gerar é baixa para estes "músculos" não são muito fortes, de acordo com Moore. Eles poderiam ser utilizados em sistemas microfluídicos como bombas ou válvulas, como minúsculos garras robóticas em aplicações onde outros atuadores são impraticáveis ​​ou mesmo, diz Moore, "como real músculos artificiais em tecidos vivos. Acho que estamos ainda na fase de infância de usar estes. Há ainda um grande número de detalhes sobre o mecanismo de que precisamos para desbloquear. "

* JK Park, PJ Jones, C. Sahagun, KA Page, DS Hussey, DL Jacobson, SE Morgan e RB Moore. Eletricamente estimuladas gradientes em água e as concentrações de contra-polímero eletroativo dentro atuadores Matéria Soft. 2010. 6. 1444-1452. DOI: 10.1039/b922828d.

Last Update: 4. October 2011 23:06

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