Elektroaktīvie polimēri

Ņūmeksikas Universitātes Mākslīgo muskuļu pētniecības institūtā elektrība ir gaisā. Kad laboratorijas direktors Mohsens Šahinpūrs pieliek spriegumu mākslīgai rokai, kas izgatavota no polimēra-metāla kompozītmateriāla, tās pirksti saliecas dūrē. Dodieties pa laboratoriju, un jūs redzēsiet, kā robotas zivis peld, spārni plīvo un rokas paceļas — tas viss iegūst muskuļus no elektriski aktivizētiem polimēriem. Jūs jau esat redzējis robotus, taču tajos ir kaut kas atšķirīgs. Viņi skatās dzīvs .



Kopš 1990. gadu sākuma materiālu zinātnieki un inženieri ir izstrādājuši elektroaktīvos polimērus, ko izmanto kā sensorus, izpildmehānismus un mākslīgos muskuļus. Pielietotais spriegums maina polimēra sastāvu vai molekulāro struktūru tā, ka tas izplešas, saraujas vai izliecas. Kustība ir vienmērīgāka un reālistiskāka nekā mehānisko ierīču radītā kustība: tāpat kā muskuļi, polimēri ir elastīgi, tos netraucē zobratu un gultņu stingrība. Zinātnieki uzskata, ka ar šo līdzību dabiskajai kustībai elektroaktīvie polimēri varētu mainīt robotiku un biomedicīnas ierīces. Šādi materiāli varētu ļaut izveidot robotus, kas manevrē ar cilvēka graciozitāti, kāju protēzes, kas kustas un jūtas reālas, un implantējamas mikropiegādes sistēmas, kas vienmērīgi un klusi sūknē zāles tur, kur tās ir vajadzīgas.

Immobots pārņem vadību

Šis stāsts bija daļa no mūsu 2002. gada decembra numura



asteroīds ietriecas Zemē 2019
  • Skatiet pārējo izdevuma daļu
  • Abonēt

Tomēr vēl nesen elektroaktīvie polimēri radīja praktiskas problēmas. Viņi patērēja pārāk daudz enerģijas. Viņi nevarēja radīt pietiekami daudz spēka. Un tie nebija pietiekami ilgi. Taču pētnieki akadēmiskajās aprindās un rūpniecībā ir atraduši veidus, kā padarīt polimērus stiprākus, izturīgākus un efektīvākus. Šie uzlabojumi, saka Josefs Bar-Koens, NASA Reaktīvo dzinēju laboratorijas vecākais pētnieks un viens no nozares pionieriem, ļaus ātrāk īstenot zinātniskās fantastikas idejas inženiertehniskajā realitātē.

cik maksā daltoniķi

Pagājušā gada septembrī, izrāvienā, kas varētu novest pie mazākas jaudas medicīnas ierīcēm, Qiming Zhang un viņa kolēģi Pensilvānijas štata universitātē ziņoja, ka viņi ir izveidojuši elektroaktīvu izpildmehānismu, kas prasa vienu desmito daļu no iepriekš nepieciešamā sprieguma. Džana galvenais sasniegums: polimēru-pusvadītāju kompozīts, kas par naudu iegūst lielāku elektrisko sprādzienu un joprojām ir ļoti elastīgs. Šīs klases ierīču priekšrocības ir tās augstā efektivitāte un ātra reakcija. Bet tas ir tikai sākums, saka Džans. Viņš prognozē, ka uz šo tehnoloģiju balstīti farmaceitiskie produkti, piemēram, mazi valkājami insulīna sūkņi, kurus darbina zemsprieguma baterijas, varētu būt pieejami piecu gadu laikā.

Benjamin Mattes, Santafē zinātnes un tehnoloģiju izpilddirektors, veido spēcīgus, ilgstošus mākslīgos muskuļus no vadošiem polimēriem, kas izplešas un saraujas, reaģējot uz izmaiņām jonu plūsmā materiālos. Šie elektroaktīvie polimēri rada milzīgus spēkus pie zema sprieguma. Tā kā ķīmiskās reakcijas sadala polimēru, iepriekšējās versijas bija lēnas un spēja izdzīvot tikai dažus ciklus. Tomēr Mattes jaunākā ierīce pārspēj iepriekšējos ātruma un izturības rekordus. Tā koaksiālā struktūra — sīkās šķiedras, kas vītinātas cauri dobai caurulei un iegremdētas šķidrā elektrolītā — ļauj joniem ātri ieplūst šķiedrās, reaģējot uz pielikto spriegumu. Tā kā viņš kā elektrolītu izmanto ļoti stabilu un vadošu jonu šķidrumu, Matess saka, ka ir sasniedzis miljoniem ciklu bez degradācijas.



Pateicoties šādiem sasniegumiem materiālu zinātnē, elektroaktīvie polimēri sāk ražot noderīgas biomedicīnas ierīces. Ņūmeksikas universitātē Šahinpūrs ir demonstrējis plānus, izturīgus mākslīgos muskuļus, kas spēj pacelt vairākkārt savu svaru. Shahinpoor izmanto materiālus, lai izstrādātu implantējamus palīglīdzekļus, piemēram, sūkni, kas darbojas kā mehānisks elektrokardiostimulators, lai saspiestu sirdi, un niecīgu ierīci, kas koriģē redzi, maigi saspiežot acs ābolu. Viņa komanda komercializē ierīces, izmantojot atzaru, Environmental Robots Albuquerque, NM.

Tomēr ir daudz darāmā, pirms tehnoloģija būs gatava laišanai tirgū. Lai gūtu panākumus, Shahinpoor saka, ka uzņēmumam būs jānodrošina, ka materiāli ir saderīgi ar dzīviem audiem un ka to funkcijas var precīzi kontrolēt. Viņam būs arī jāsamazina ražošanas izmaksas 10 reizes.

nate Silver 2016. gada prezidenta vēlēšanu aptaujas

Lai gan nākamajos piecos gados elektroaktīvos polimērus vajadzētu izmantot kā komponentus mikroķirurģijas instrumentos, zāļu ievadīšanas sistēmās un koriģējošajos līdzekļos, šādi sasniegumi var būt tikai sākums. Lai izveidotu reālākus robotus un protēzes, zinātniekiem būs jāizgatavo viedāki un interaktīvāki materiāli. 10 gadu laikā pētnieku mērķis ir izstrādāt mākslīgās ekstremitātes, kas sniedz atgriezenisko saiti lietotājam, elegantus autonomus robotus, kurus darbina muskuļiem līdzīgi polimēri, un pat tērpus, kas uzlabo karavīru un glābšanas personāla spēku un izturību. Ja pētījums ir veiksmīgs, robotika var patiešām atdzīvoties.

paslēpties

Faktiskās Tehnoloģijas

Kategorija

Bez Kategorijas

Tehnoloģija

Biotehnoloģija

Tehniskā Politika

Klimata Izmaiņas

Cilvēki Un Tehnoloģijas

Silikona Ieleja

Datortehnika

Žurnāls Mit News

Mākslīgais Intelekts

Kosmoss

Gudrās Pilsētas

Blockchain

Funkcijas Stāsts

Absolventu Profils

Absolventu Savienojums

Mit News Funkcija

1865. Gads

Mans Skats

77 Mass Ave

Iepazīstieties Ar Autoru

Profili Dāsnumā

Redzēts Universitātes Pilsētiņā

Absolventu Vēstules

Jaunumi

2020. Gada Vēlēšanas

Ar Indeksu

Zem Kupola

Ugunsdzēsības Šļūtene

Bezgalīgi Stāsti

Pandēmijas Tehnoloģiju Projekts

No Prezidenta

Vāka Stāsts

Foto Galerija

Ieteicams