กล้ามเนื้อเทียมที่ขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าเคมีซึ่งทำจากท่อนาโนคาร์บอนแบบบิดเกลียวจะหดตัวมากขึ้นเมื่อขับเคลื่อนเร็วขึ้นด้วยการเคลือบโพลิเมอร์ที่นำไฟฟ้าแบบใหม่ อุปกรณ์ดังกล่าวซึ่งพัฒนาแห่งมหาวิทยาลัยเทกซัสที่ดัลลัสในสหรัฐฯ และทีมผู้ร่วมงานระดับนานาชาติ สามารถเอาชนะข้อจำกัดบางประการของกล้ามเนื้อเทียมแบบเดิมๆ และอาจนำไปใช้ในวิทยาการหุ่นยนต์ สิ่งทอ “อัจฉริยะ”
และเครื่องปั๊มหัวใจ
ท่อนาโนคาร์บอน (CNTs) เป็นแผ่นคาร์บอนที่ม้วนขึ้นโดยมีผนังบางเท่ากับอะตอมเดี่ยว เมื่อบิดเข้าด้วยกันเพื่อสร้างเส้นด้ายและวางในอ่างอิเล็กโทรไลต์ กระบอกคาร์บอนกลวงเหล่านี้สามารถทำให้ขยายและหดตัวเพื่อตอบสนองต่ออินพุตไฟฟ้าเคมีได้ เช่นเดียวกับกล้ามเนื้อของมนุษย์หรือสัตว์
ในการตั้งค่าทั่วไป ความต่างศักย์ไฟฟ้าหรือความต่างศักย์ระหว่างเส้นด้ายและอิเล็กโทรดเคาน์เตอร์จะขับไอออนจากอิเล็กโทรไลต์เข้าไปในเส้นด้าย ทำให้ “กล้ามเนื้อ” ทำงาน ในขณะที่กล้ามเนื้อ CNT ที่ขับเคลื่อนด้วยเคมีไฟฟ้าเหล่านี้มีประสิทธิภาพด้านพลังงานสูงและแข็งแรงมาก
พวกมันสามารถยกของได้มากถึง 100,000 เท่าของน้ำหนักพวกมันเอง พวกมันก็มีข้อจำกัด สิ่งสำคัญอย่างหนึ่งคือพวกมันเป็นสองขั้ว หมายความว่าทิศทางของการเคลื่อนที่ของพวกมันจะเปลี่ยนเมื่อใดก็ตามที่ศักย์ไฟฟ้าลดลงถึงศูนย์ เอฟเฟ็กต์นี้ช่วยลดจังหวะโดยรวมของแอคชูเอเตอร์ ข้อเสียอีกประการ
หนึ่งคือความจุของกล้ามเนื้อ นั่นคือ ความสามารถในการเก็บประจุที่ต้องขยายหรือหดตัว จะลดลงเมื่อศักยภาพถูกสแกนเร็วขึ้น ซึ่งทำให้จังหวะลดลงด้วย พอลิเมอร์ “แขก”ในการศึกษานี้ เช่นเดียวกับงานก่อนหน้านี้และเพื่อนร่วมงานสร้างกล้ามเนื้อเทียมจาก “ป่า” ของ CNTs ทั้งหมดเรียงตัวในแนวตั้ง
ในทิศทางเดียวกัน ต่อจากนั้น พวกเขาดึงท่อนาโนแผ่นบาง ๆ จากป่ามาบิดให้เป็นเส้นด้ายที่มีเอนริเก้ของ CNT ที่พันกัน ในขั้นตอนสุดท้าย ซึ่งเป็นเอกลักษณ์ของชุดการทดลองนี้ พวกเขาเคลือบพื้นผิว
ภายในของ CNTs ด้วยพอลิเมอร์ที่เป็นตัวนำไอออนที่มีกลุ่มสารเคมีที่มีประจุบวกหรือลบ วัสดุ “เกสต์”
พอลิเมอร์
ตัวแรกที่กลุ่มศึกษาคือโพลี (โซเดียม 4-สไตรีนซัลโฟเนต), PSS โครงสร้างที่ได้เรียกว่าเส้นด้าย ประมาณ 30 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนัก เพื่อหาค่าศักย์เป็นศูนย์ของเส้นด้ายนี้ ซึ่งก็คือศักยภาพที่จังหวะเปลี่ยนทิศทาง นักวิจัยได้ใช้เทคนิคที่ ซึ่งพวกเขาพัฒนาขึ้นเอง จากนั้นพวกเขาทดสอบเส้นด้าย
ในอ่างอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นน้ำหรืออินทรีย์ ไบโพลาร์ถึงยูนิโพลาร์และเพื่อนร่วมงานซึ่งรายงานผลงานของพวกเขาพบว่าการเคลือบโพลิเมอร์จะเปลี่ยนการสั่งงานแบบสองขั้วตามปกติของเส้นด้าย CNT ให้เป็นการสั่งงานแบบยูนิโพลาร์ กล่าวอีกนัยหนึ่ง กล้ามเนื้อเคลือบกระตุ้นในทิศทางเดียวตลอด
ช่วงศักย์ไฟฟ้าทั้งหมดที่อิเล็กโทรไลต์ยังคงเสถียร คำอธิบายของทีมสำหรับพฤติกรรมที่ผิดปกตินี้คือ สนามไดโพลาร์ของโพลิเมอร์จะเปลี่ยนศักย์ไฟฟ้าเป็นศูนย์ของเส้นด้ายไปเป็นค่าที่อยู่นอกช่วงความเสถียรของอิเล็กโทรไลต์ ซึ่งหมายความว่าไอออนที่มีขั้วเพียงขั้วเดียว (บวกหรือลบ)
จะถูกขับเข้าไปในเส้นด้าย สมาชิกในทีม อธิบาย ดังนั้นจังหวะของกล้ามเนื้อจึงเปลี่ยนไปในทิศทางเดียวก่อนที่ทิศทางของการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าจะกลับกัน สมาชิกในทีมเสริมว่าจำนวนโมเลกุลของอิเล็กโทรไลต์ที่ถูกปั๊มด้วยไฟฟ้าแบบออสโมติกเข้าไปในกล้ามเนื้อยังเพิ่มขึ้นอีกด้วย
สำหรับ
ประสิทธิภาพของกล้ามเนื้อยูนิโพลาร์ใหม่ นักวิจัยพบว่ากำลังเชิงกลเอาต์พุตเฉลี่ยสูงสุดที่พวกเขาสร้างขึ้นคือ 2.9 W ต่อกรัมของกล้ามเนื้อ นี่เป็นประมาณ 10 เท่าของความสามารถทั่วไปของกล้ามเนื้อมนุษย์ Mu กล่าว และประมาณ 2.2 เท่าของความสามารถในการส่งกำลังตามมาตรฐานน้ำหนัก
ของเครื่องยนต์ดีเซลเทอร์โบชาร์จ V-8 อิเล็กโทรดคู่ กล้ามเนื้อเส้นด้ายโซลิดสเตตทั้งหมดในขั้นตอนสุดท้ายของการวิจัย นักวิทยาศาสตร์ได้แสดงให้เห็นว่าพวกเขาสามารถรวมกล้ามเนื้อเส้นด้ายยูนิโพลาร์สองประเภทที่แตกต่างกันเพื่อสร้างกล้ามเนื้อเส้นด้ายแบบโซลิดสเตตแบบอิเล็กโทรดคู่
ซึ่งช่วยลดความจำเป็นในการอาบน้ำอิเล็กโทรไลต์เหลว ในที่นี้ อธิบายว่าอิเล็กโทรไลต์แบบโซลิดสเตตจะเชื่อมต่อระหว่างเส้นด้าย CNT สองเส้นที่ขดเป็นเกลียวซึ่งมีเกสต์โพลิเมอร์ที่แตกต่างกัน อันหนึ่งมีองค์ประกอบแทนที่ที่มีประจุลบ และอีกอันมีประจุบวก การฉีดไอออนบวกและลบหมายความว่าเส้นด้าย
อย่างไรก็ตาม หลังจากช่วงเวลาหนึ่ง การตัดสินใจว่าจะขอการคุ้มครองสิทธิบัตรที่ใดจะได้รับการแก้ไข และคุณไม่สามารถขอรับสิทธิบัตรในเขตอำนาจศาลอื่นนอกเหนือจากที่ได้เลือกไว้แล้วได้ในภายหลัง แม้ว่าผลิตภัณฑ์ของคุณจะประสบความสำเร็จในเชิงพาณิชย์ที่นั่นก็ตาม ดังนั้น ในระหว่างกระบวนการ
ขอรับสิทธิบัตร การตัดสินใจจะต้องไม่ขึ้นอยู่กับปัจจัยทางการค้าในปัจจุบันเท่านั้น แต่ยังต้องพิจารณาถึงการพัฒนาของตลาดในอนาคตด้วย คิดระยะยาวธรรมชาติของการวิจัยทางฟิสิกส์หมายความว่าบ่อยครั้ง งานพื้นฐานจำนวนมากต้องเสร็จสิ้นก่อนที่การนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์จะปรากฏบนขอบฟ้า
แม้จะถึงจุดนั้น อาจต้องใช้เวลาอีกหลายปีในการวางแผนด้านวิศวกรรม การลงทุน และเชิงพาณิชย์เพื่อให้งานวิจัยนั้นออกจากห้องแล็บและเข้าสู่โลกแห่งความเป็นจริง แม้ว่ากระบวนการยื่นขอคุ้มครองสิทธิบัตรจะซับซ้อนเช่นกัน และกลยุทธ์ด้านทรัพย์สินทางปัญญาจำเป็นต้องมีการวางแผนและการวางแผน
อย่างรอบคอบ ประโยชน์ของบริษัทที่ใช้ R&D นั้นเป็นที่ทราบกันดี เนื่องจากการวิจัยทางฟิสิกส์ในสาขาต่าง ๆ ยังคงพัฒนาอย่างต่อเนื่องและย้ายจากวงวิชาการไปสู่การประยุกต์ใช้ในเชิงพาณิชย์ ทรัพย์สินทางปัญญาจะยังคงพัฒนาต่อไปในฐานะเครื่องมือเชิงพาณิชย์ที่สำคัญสามารถทำได้
credit : เว็บแท้ / ดัมมี่ออนไลน์
