Περιστροφή νήματος σε μύες
Τα πιο πρόσφατα προϊόντα υψηλής τεχνολογίας συνήθως πηγάζουν από προόδους που γίνονται με εξωτικά —και ακριβά— υλικά. ΟΧΙ αυτη τη φορα. Μια διεθνής ομάδα ερευνητών αναφέρει ότι έχουν στρίψει κοινή πλαστική πετονιά και κλωστή για ράψιμο στους πιο ισχυρούς τεχνητούς μύες που δημιουργήθηκαν ποτέ. Συνθετικοί μύες ήδη διερευνώνται για χρήση σε προσθετικά άκρα, εξωσκελετούς τύπου RoboCop για στρατιώτες και ανθρωποειδή ρομπότ. Έτσι, μια απότομη πτώση της τιμής θα μπορούσε να προωθήσει την πρόοδο σε όλες αυτές τις τεχνολογίες και σε πολλές άλλες.
Ο όρος "τεχνητοί μύες" είναι στην πραγματικότητα λίγο σαν τσάντα αρπαγής που αναφέρεται σε υλικά που συστέλλονται, διαστέλλονται ή περιστρέφονται όταν θερμαίνονται, κολλάνε με ηλεκτρισμό ή χτυπούν με κάποιο άλλο ερέθισμα. Τα υλικά επιστρέφουν στο αρχικό τους σχήμα όταν το ερέθισμα αντιστραφεί. Μια κοινή προσέγγιση για την κατασκευή τεχνητών μυών χρησιμοποιεί υλικά που ονομάζονται κράματα μνήμης σχήματος, όπως ένα μείγμα νικελίου και τιτανίου. Αλλά αυτά τα κράματα μπορεί να κοστίζουν έως και 5000 $ ανά κιλό. Ακόμη πιο ισχυροί τεχνητοί μύες έχουν κατασκευαστεί από νήματα που έχουν περιστραφεί από κοίλες ίνες άνθρακα που ονομάζονται νανοσωλήνες μονού τοιχώματος (SWNTs). Αλλά επειδή δεν υπάρχει φθηνός τρόπος να κατασκευαστούν αυτοί οι νανοσωλήνες σε βιομηχανική κλίμακα, το κόστος τους είναι εκτός διαγραμμάτων.
Ο Ray Baughman, χημικός στο Πανεπιστήμιο του Τέξας, στο Ντάλας, έχει περάσει χρόνια πρωτοπορώντας σε τεχνητούς μύες κατασκευασμένους με νήματα SWNT. Στην πορεία, αυτός και οι μαθητές του έμαθαν ότι αν στρίψουν το νήμα τους μέχρι να κουλουριαστεί, μπορούν να φτιάξουν έναν ισχυρό περιστρεφόμενο κινητήρα. Το αποτέλεσμα είναι παρόμοιο με τον τρόπο που ένα στριμμένο λάστιχο περιστρέφει την προπέλα σε ένα παιχνίδι. Αλλά σε αυτήν την περίπτωση, η ομάδα του Baughman θα μπορούσε να χτυπήσει το νήμα με ένα ηλεκτρικό ρεύμα για να τυλίξει ξανά τον κινητήρα.
Αυτή η επιτυχία έβαλε σε σκέψεις τον Baughman και τους μαθητές του. Στα νήματα τους, οι περισσότερες από τις ίνες SWNT ήταν ευθυγραμμισμένες κατά μήκος του νήματος. Αυτός ο σταθερός προσανατολισμός είναι κρίσιμος, επειδή διασφαλίζει ότι όταν ένα ηλεκτρικό ερέθισμα αλλάζει το μήκος μιας ίνας νανοσωλήνων, όλοι οι γείτονές του αλλάζουν με τον ίδιο τρόπο, προκαλώντας συστολή ή διαστολή του νήματος. Η ίδια ευθυγράμμιση υπάρχει επίσης σε συμβατικές πλαστικές ίνες, όπως αυτές που κατασκευάζονται από νάιλον, όπου οι μεμονωμένες πολυμερείς αλυσίδες στο πλαστικό ευθυγραμμίζονται κατά μήκος της ίνας. Έτσι ο Baughman και οι μαθητές του αποφάσισαν να διερευνήσουν εάν οι καθημερινές πλαστικές ίνες θα μπορούσαν να λειτουργήσουν ως τεχνητοί μύες.
Τα κατάφεραν πέρα από τις πιο τρελές τους ελπίδες. Ο Baughman, μαζί με συναδέλφους του στο Τέξας, την Αυστραλία και την Κίνα, έστριψε πλαστικές ίνες και κλωστές σε νήματα. Στη συνέχεια, όταν εφάρμοσαν θερμότητα, διαπίστωσαν ότι τα νήματα συστέλλονταν έως και 50%, αποτέλεσμα που αναφέρουν σήμερα στο Science . Και η ψύξη των πλαστικών μυών τους επιστρέφει στο αρχικό τους μήκος. Οι φυσικοί μύες, συγκριτικά, συστέλλονται μόνο κατά 20%. Η ομάδα διαπίστωσε ότι συστρέφοντας μαζί μια δέσμη πετονιών από πολυαιθυλένιο, των οποίων η συνολική διάμετρος είναι μόνο περίπου 10 φορές μεγαλύτερη από μια ανθρώπινη τρίχα, δημιουργείται ένας τυλιγμένος πολυμερής μυς που μπορεί να σηκώσει 7,2 κιλά. Λειτουργώντας παράλληλα, μια διάταξη που αυξάνει τη δύναμή τους και είναι παρόμοια με τον τρόπο που διαμορφώνονται οι φυσικοί μύες, εκατό από αυτούς τους πολυμερείς μύες θα μπορούσαν να σηκώσουν περίπου 725 κιλά, λέει ο Baughman. Η παραγωγή αυτής της δύναμης απαιτεί μόνο υλικά εκτός ραφιού που κοστίζουν περίπου 5 $ ανά κιλό.
«Αυτά είναι πραγματικά συναρπαστικά αποτελέσματα», λέει ο Yoseph Bar-Cohen, φυσικός και ειδικός στους τεχνητούς μυς στο Jet Propulsion Laboratory στην Πασαντένα της Καλιφόρνια. "Έχουν πάρει φθηνά υλικά και βασικά τα έχουν μετατρέψει σε χρυσωρυχείο."
