전자 장치가 점점 더 줄어들었지만 모터,유압 장치 및 운동을 유도하는 데 사용되는 기타 장치는 그 추세에 완고하게 저항했습니다. 힘을 제공하고 유난히 작은 이동 부분을 몰기 위하여 필요로 한 긴장을 취급할 수 있는 소문자 기계장치를 만들고 조립하는 것은 어렵습니다. 과학에서 이번 주,연구자의 여러 팀은 저장하고 에너지를 방출하는 작은 트위스트 섬유를 사용 모두—작은 인공 근육을 만드는 발전을 설명하는 연구를 제시한다. 섬유는 소형 로봇에서 의료 기기의 밸브에 이르기까지 모든에 고용 될 수있다.
나일론 또는 고밀도 폴리에틸렌과 같은 경량 폴리머를 종종 포함하는 이러한 섬유는 인간 근육보다 체중에 따라 더 강력 할 수 있습니다. 그들이 계약으로,일부는 1,000 배 이상 자신의 질량을 들어 올릴 수 있습니다,사메 토픽,어 바나-샴페인 일리노이 대학의 기계 엔지니어는 말한다. 이 섬유를 통해 엔지니어는 작은 공간에 많은 에너지를 저장할 수 있습니다.이 공간에서는”그렇지 않으면 할 수없는 일을 할 수 있습니다.”라고 과학 같은 호에 발표 된 연구에 대한 관점을 공동 저술 한 타우 픽이 지적합니다.
새로운 인공 근육 디자인 중 하나는 본질적으로 발사 나무 비행기를 추진하는 데 사용되는 고무 밴드의 작고 첨단 버전입니다. 그러나 이러한 섬유는 그들이 사용할 때마다 권선 필요하지 않습니다,진카이 위안,프랑스 보르도 대학의 재료 과학자와 연구 중 하나의 공동 저자는 말한다. 대신 그들은 재료의 온도 변화에 따라 왜곡 및 꼬인 것이 풀린다”형상 기억”폴리머로 만들어집니다.
위안의 팀이 근육을 만든 방법은 다음과 같습니다. (이 온도의 위,물자는 자연적으로 1 개의 모양을 가지고 갑니다;그것의 밑에,물자는 또 다른 한개를 가지고 갈 수 있습니다. 이 임계 값에 대해 온도가 변동하면 재료가 두 모양을 번갈아 가며 나타납니다.)에너지를 저장하기 위하여 섬유를 뒤틀기 후에,그들은 그것의 모양을 얼기 위하여 그것을 냉각했습니다. 섬유가 다시 한 번 프로그래밍 온도 이상으로 가열되었을 때,그것은 신속하게 원래의 모양으로 꼬여,위안은 말한다.
광섬유가 상당한 양의 에너지를 저장할 수 있지만,팀은 3~5 미크론 크기의 산화 그래 핀 조각을 재료에 첨가하면 더 많은 것을 막을 수 있다는 것을 발견했다. 그 조각이 플렉스 것 때문이다—따라서 에너지를 저장,봄 수도로—섬유가 처음 꼬인 때하지만 꼬임으로 그 에너지를 해제. 팀의 실험실 테스트에서,꼬이지 않는 섬유는 전체 5 초 동안 분당 600 회전에서 약간의 종이를 회전 시켰습니다. 섬유의 에너지 저장 능력을 입증하기 위해 팀은 장난감 보트를 추진하기 위해 하나를 사용했습니다. 더 실용적인 메모에서,인공 근육의이 종류는 또한 열고 의료 기기에 작은 밸브를 종료 할 수,위안은 제안합니다.
위안과 그의 동료들이 만든 섬유는 비틀고 풀릴 때 토크를 제공하는 반면,다른 팀이 개발 한 인공 근육은 실제 근육처럼 작동합니다. 매사추세츠 공과 대학의 연구원이 이끄는 팀은 초기 크기의 1,000%이상을 늘리고 자신의 체중의 650 배 이상을 들어 올릴 수있는 섬유를 만들었습니다. 그들은 초기 온도 조절 장치의 바이메탈 스트립과 유사한 원리로 작동:섬유는 자신의 환경 변화의 온도에 따라 근본적으로 다른 속도로 확장 두 재료를 결합에 의해 이루어집니다,폴리나 아니 키바,그 연구의 수석 저자에서 재료 과학자는 말한다.
그녀의 팀의 새로운 인공 근육 고밀도 폴 리 에틸렌(고밀도 폴 리 에틸렌),재활용 병을 만드는 데 사용 하는 플라스틱의 동일한 종류를 포함 되어 있습니다. 또한 또 다른 재료,엘라스토머로 알려진 폴리머의 신축성 유형을 가지고,아니 키바는 말한다. 이러한 물질의 작은 블록이 가열되고 좁은 노즐을 통해 당겨지기 때문에,그들은 결합하여 길고 얇은 섬유로 늘어납니다. 섬유에 있는 긴장이 풀어 놓일 때,탄성 중합체는 그것의 본래 크기 등을 맞댄 긴축합니다. 그 변화는,차례차례로,섬유가 오래 되는 전화 코드를 닮는 봄 모양으로 감기는 일으키는 원인이 된다. 섬유가 열 또는 냉각,고밀도 폴 리 에틸렌 확장 또는 수축 또는 코일 섬유의 전체 길이 각각 증가 하는 경향이 결합 하는 탄성 중합체 보다 약 5 배 빠른 계약.
아니케바와 그녀의 동료들이 섬유 중 하나를 4 초 동안 섭씨 14 도 가열했을 때,인공 근육은 전체 길이가 무려 50%감소했다. 다른 테스트에서,팀은 가열 가벼운 무게를 들어 올리거나 작은 로봇 팔을 구부리 섬유를 냉각. 그 테스트는 그램 크기의 무게를 해제하지만,이러한 섬유의 대규모 번들은 무거운 리프팅 또는 잡아 당 겼을를 수행하는 데 사용할 수 있습니다,아니 키바는 말한다. 큰 직경의 섬유,또는 그 번들,로봇 또는 인공 사지에서 사용을 찾을 수,그녀는 말한다.
이번 주 과학에 대한 연구를보고 한 또 다른 팀은 인공 근육을 완전히 다른 방식으로 다루었습니다. 그 장치는 꼬인 섬유의 코어 주위에 지어졌지만 근육의 활성 부분은 실제로 코어를 둘러싼 얇은 재료 칼집이었습니다. 이러한 칼집을 사용하면 여러 가지 장점이 있었다,레이 보먼,팀 리더와 달라스 텍사스 대학의 재료 과학자는 말한다. 한 가지,그는 노트,엔지니어들은 섬유의 핵심에 대한 싼 재료를 사용할 수 있습니다. 그와 그의 동료들은 나일론,실크 및 대나무 원사로 만든 코어를 중심으로 시스 구동 근육을 개발했습니다. 그들의 시험은 섬유의 핵심을 위한 물자의 선택이 극적으로 그것의 성과에 충격을 가하지 않는다는 것을 보여줍니다.
칼집 구동 근육을 만드는 다른 이유가 있습니다. 섬유의 외부는 습도 또는 움직임을 구동하는 특정 물질의 존재와 같은 환경 자극이 더 빨리 느껴질 것이라고 그는 설명합니다. 또한 섬유 중심에서 가장 멀리 떨어진 피복의 팽창과 수축은 섬유 코어 근처의 동등한 변화보다 더 많은 영향력을 발휘합니다.
다른 팀과 달리,보먼과 그의 동료들은 단지 온도 변화 이상의 것에 반응하는 섬유를 개발했다. 에탄올 증기에 노출되었을 때 팽창하는 일부 스포츠 근육 덮개; 다른 사람은 포도당 해결책에서 적실 때 긴축하는 물자로 겉을 꾸민 했다. 이러한 종류의 섬유는 의료 기기의 밸브를 열거 나 닫거나 작은 주머니를 짜내고 약물을 분배하는 데 사용될 수 있습니다. 땀이나 물 증기에 반응하는 섬유는 덥고 습한 조건에서 더 통기성이 될 자신의 직물의 압박감을 조정”스마트 직물”로 짠 수,보우 먼은 말한다. 또는 유해한 증기에 반응하는 코팅은 화학 물질 유출에 반응하는 사람들을 보호하기 위해 직물의 직조를 조일 수 있습니다.
이 팀들에 의해보고 된”나는 개발에 대해 매우 흥분한다”고 토픽은 말한다. “이 기술은 매우 밝은 미래를 가지고 있습니다.”
