محققان دانشگاه تگزاس آمريكا با همكاري دانشگاه ملي پوسان كره دو نوع ماهيچه مصنوعي بر مبناي فناوري نانو ساختند. اين ماهيچه ها انرژي شيميايي را به انرژي مكانيكي تبديل كرده و كاربردهايي در رباتيك دارند.
اولين نوع از اين ماهيچه ها لرزانكي از جنس نانولوله كربني دارد و در واقع به صورت نوعي پيل سوختي انرژي شيميايي (سوخت هيدروژني) را به انرژي الكتريكي تبديل مي كند كه اين انرژي الكتريكي مي تواند براي حركت يا هر كاربرد ديگري ذخيره شود. اين دسته نواري، شامل يك قطعه نانولوله است كه با كربني با روكش پلاتيني و پليمري يوني به نام نافين پوشانده مي شود.
اين ساختار علاوه بر عملكردي كه به عنوان محرك ماهيچه دارد، كاتد پيل سوختي را هم تشكيل مي دهد و آن را در الكتروليتي از اسيد سولفوريك غوطه ور مي كنند. همچنين الكترود دومي را كه از لايه اي از پلاتين، كربن و نافين تشكيل شده و روي غشايي از۱۱۷ - Nafion قرار دارد را داخل اين الكتروليت قرار مي دهد. وجود اين غشاء باعث جدايي سوخت هيدروژن از الكتروليت مي شود.
فعال كردن صفحه نانولوله اي ناشي از تزريق حفره هايي است كه هنگام احياء اكسيژن الكترود نانولوله اي به وجود آمده اند. تزريق اين حفره ها به دليل تركيب اثرات كوانتوم مكانيكي و الكترود استاتيكي، باعث تغيير ابعاد صفحه مي شود و در نتيجه دسته نانولوله اي ۳ سانتي متري ظرف مدت تقريباً ۵ ثانيه به اندازه حدود ۲ نانومتر كج مي شود. با كوتاه شدن الكترود، دسته ظرف يك ثانيه به حالت اول خود بر مي گردد، از طرف ديگر به اين ماهيچه پيل سوختي كه پيوسته كوتاه مي شود يك سيم حافظه شكلي با پوششي از نانوذرات كاتاليزور پلاتين اضافه مي گردد و اين نوع ماهيچه است كه انرژي شيميايي سوخت را به انرژي گرمايي كه باعث حركت مي شود تبديل مي كند. گفتني است سيم حافظه شكلي كه از آلياژ نيكل - تيتانيوم ساخته شده است به صورت يك تك الكترود عمل كرده به صورت يك جفت الكترود كوتاه شده كار مي كند.
اضافه كردن اكسيژن يا هوا به سوخت هيدروژن يا بخار متانول و يا بخار اسيد فورميك باعث مي شود اين سيم تا بالاتر از دماي گذار فاز austenitic خود گرم شده و در نتيجه منقبض شود. با وارد كردن سوخت، اين سيم به دمايي پايين تر از دماي گذار فاز martensitic رسيده و به طول اوليه خود بازگردد. نوعاً اين سيم حدود ۵ درصد منقبض شده و مي تواند كشش معادل ۱۵۰ MPa را تحمل كند. به اين ترتيب قدرت تحمل فشار آن ۵۰۰ برابر فشاري است كه ماهيچه بدن انسان قادر به تحمل آن مي باشد. ضمن آنكه ميزان كشش آن هم يك چهارم مقداري است كه ماهيچه هاي طبيعي كشيده مي شوند
اين ماهيچه هاي مصنوعي مي توانند كاربردهايي هم در رباتيك داشته باشند و ربات را از شر باتري هاي سنگين آزاد كنند. همچنين اين ماهيچه هاي مصنوعي مي توانند در ساخت دست و پاي مصنوعي حسگرهاي هوشمند، نمايشگرهاي بريل ديناميكي و پوست هاي هوشمند مورد استفاده در وسائل هوا- فضا كاربرد داشته باشند. نهايت آنكه از اين ماهيچه ها حتي مي توان براي ساخت ماهيچه هاي مصنوعي انساني كمك گرفت، به اين ترتيب كه به جاي كاتاليزور فلزي از آنزيم هايي كه مي تواند از سوخت حاصل از غذا بهره برد، استفاده شود.
كاربرد ماهيچه هاي پيل سوختي كوتاه، در دستگاه هاي رباتيك بسيار ساده است زيرا از سيم هاي حافظه شكلي موجود در بازار تشكيل مي شوند كه با كاتاليزور نانولوله اي پوشانده مي شوند؛ البته مهمترين چالش پيش رو در اين راه، اتصال كاتاليزور به سيم حافظه شكلي به منظور افزايش طول عمر ماهيچه ها و نيز كنترل شدت فعال سازي و تحريك اين ماهيچه بود.
اولين نوع از اين ماهيچه ها لرزانكي از جنس نانولوله كربني دارد و در واقع به صورت نوعي پيل سوختي انرژي شيميايي (سوخت هيدروژني) را به انرژي الكتريكي تبديل مي كند كه اين انرژي الكتريكي مي تواند براي حركت يا هر كاربرد ديگري ذخيره شود. اين دسته نواري، شامل يك قطعه نانولوله است كه با كربني با روكش پلاتيني و پليمري يوني به نام نافين پوشانده مي شود.
اين ساختار علاوه بر عملكردي كه به عنوان محرك ماهيچه دارد، كاتد پيل سوختي را هم تشكيل مي دهد و آن را در الكتروليتي از اسيد سولفوريك غوطه ور مي كنند. همچنين الكترود دومي را كه از لايه اي از پلاتين، كربن و نافين تشكيل شده و روي غشايي از۱۱۷ - Nafion قرار دارد را داخل اين الكتروليت قرار مي دهد. وجود اين غشاء باعث جدايي سوخت هيدروژن از الكتروليت مي شود.
فعال كردن صفحه نانولوله اي ناشي از تزريق حفره هايي است كه هنگام احياء اكسيژن الكترود نانولوله اي به وجود آمده اند. تزريق اين حفره ها به دليل تركيب اثرات كوانتوم مكانيكي و الكترود استاتيكي، باعث تغيير ابعاد صفحه مي شود و در نتيجه دسته نانولوله اي ۳ سانتي متري ظرف مدت تقريباً ۵ ثانيه به اندازه حدود ۲ نانومتر كج مي شود. با كوتاه شدن الكترود، دسته ظرف يك ثانيه به حالت اول خود بر مي گردد، از طرف ديگر به اين ماهيچه پيل سوختي كه پيوسته كوتاه مي شود يك سيم حافظه شكلي با پوششي از نانوذرات كاتاليزور پلاتين اضافه مي گردد و اين نوع ماهيچه است كه انرژي شيميايي سوخت را به انرژي گرمايي كه باعث حركت مي شود تبديل مي كند. گفتني است سيم حافظه شكلي كه از آلياژ نيكل - تيتانيوم ساخته شده است به صورت يك تك الكترود عمل كرده به صورت يك جفت الكترود كوتاه شده كار مي كند.
اضافه كردن اكسيژن يا هوا به سوخت هيدروژن يا بخار متانول و يا بخار اسيد فورميك باعث مي شود اين سيم تا بالاتر از دماي گذار فاز austenitic خود گرم شده و در نتيجه منقبض شود. با وارد كردن سوخت، اين سيم به دمايي پايين تر از دماي گذار فاز martensitic رسيده و به طول اوليه خود بازگردد. نوعاً اين سيم حدود ۵ درصد منقبض شده و مي تواند كشش معادل ۱۵۰ MPa را تحمل كند. به اين ترتيب قدرت تحمل فشار آن ۵۰۰ برابر فشاري است كه ماهيچه بدن انسان قادر به تحمل آن مي باشد. ضمن آنكه ميزان كشش آن هم يك چهارم مقداري است كه ماهيچه هاي طبيعي كشيده مي شوند
اين ماهيچه هاي مصنوعي مي توانند كاربردهايي هم در رباتيك داشته باشند و ربات را از شر باتري هاي سنگين آزاد كنند. همچنين اين ماهيچه هاي مصنوعي مي توانند در ساخت دست و پاي مصنوعي حسگرهاي هوشمند، نمايشگرهاي بريل ديناميكي و پوست هاي هوشمند مورد استفاده در وسائل هوا- فضا كاربرد داشته باشند. نهايت آنكه از اين ماهيچه ها حتي مي توان براي ساخت ماهيچه هاي مصنوعي انساني كمك گرفت، به اين ترتيب كه به جاي كاتاليزور فلزي از آنزيم هايي كه مي تواند از سوخت حاصل از غذا بهره برد، استفاده شود.
كاربرد ماهيچه هاي پيل سوختي كوتاه، در دستگاه هاي رباتيك بسيار ساده است زيرا از سيم هاي حافظه شكلي موجود در بازار تشكيل مي شوند كه با كاتاليزور نانولوله اي پوشانده مي شوند؛ البته مهمترين چالش پيش رو در اين راه، اتصال كاتاليزور به سيم حافظه شكلي به منظور افزايش طول عمر ماهيچه ها و نيز كنترل شدت فعال سازي و تحريك اين ماهيچه بود.
