Юный техник, 2015 № 09 (Журнал «Юный техник») - страница 18
Для изготовления искусственных мускулов исследователи применяют всевозможные материалы на основе диоксида ванадия, электроактивные эластомеры, скрученные нанотрубки и даже «мятый» графен. Однако проблема заключается в том, что, как правило, такие мускулы способны либо с усилием расширяться, либо, напротив, только сокращаться.
И лишь недавно ученые из Национального университета Тайваня успешно решили эту проблему, сообщает издание Applied Physics Letters. «Сейчас существует множество способов создания искусственных мышц, — пишет в своей статье руководитель исследования профессор Вэнь-Пин Ши. — В прошлом году, к примеру, из обыкновенной рыболовной лески ученые сконструировали искусственные мышцы, которые оказались в 100 раз мощнее мышечных волокон человека. Однако у всех предложенных технологий создания искусственных мускулов была масса недостатков».
Главной задачей создателей искусственных мышц стала разработка такого материала, который мог бы сгибаться и сокращаться одновременно, как это делают настоящие мышцы. Когда человек принимает классическую позу, чтобы продемонстрировать мышцы руки, его бицепс сокращается и одновременно изгибается, чтобы поднять предплечье.
Группа, возглавляемая профессором Вэнь-Пин Ши и его аспирантом Чин-Чун Ченом, попыталась создать подобную искусственную мышцу. В поисках подходящего материала они обнаружили под микроскопом, что клетки луковой кожицы очень похожи на микроструктуру мышц.
Чистить этот жгучий овощ непросто, тем не менее, ученые сумели снять тонкий слой эпидермальных клеток со свежей очищенной луковицы и промыли его чистой водой. Затем они выкачали из него всю влагу путем сублимационной сушки, не повредив сами клетки. В результате микроструктура стала жесткой и хрупкой, поэтому ученые обработали ее кислотой, чтобы удалить из клеток гемицеллюлозу, которая придает клеточным стенкам прочность, и сделать эту микроструктуру эластичной.
Затем исследователи заставили луковые пленки двигаться, подобно мышцам. Для этого на них нанесли золотые электроды, которые проводят электричество. Эти электроды были разной толщины — 24 нм с одной стороны и 50 нм с другой — чтобы заставить клетки сжиматься и растягиваться так же, как мышечные клетки. Этому способствовало и естественное свойство луковой кожицы изгибаться в различных направлениях под воздействием электрического напряжения.
Напряжение величиной от 0 до 50 В заставляло клетки растягиваться и уплощаться по сравнению с их изначальной изогнутой структурой, а более высокое напряжение — от 50 до 1 000 В — заставило клетки лука сжиматься и изгибаться вверх. Контролируя напряжение и, таким образом, приводя в движение эти искусственные мышцы, ученые смогли при помощи 2 луковых пленок, как при помощи пинцета, поднять маленький шарик из ваты, о чем профессор Ши и его коллеги написали в своей статье.