211service.com
Judančios popierinės dalys robotams
Pietų Korėjos Inhos universiteto mokslininkai įrodė, kad celiuliozė, pagrindinė popieriaus sudedamoji dalis, gali sulinkti reaguodama į elektros energiją. Apdorota celiuliozė yra lengva, nebrangi ir, palyginti su panašiomis elektra aktyviomis medžiagomis, turi mažai energijos.
Ši plona auksu dengtos celiuliozės plėvelė, reaguodama į elektros srovę, tarsi laumžirgio sparneliai. Medžiaga, vadinama elektroaktyviuoju popieriumi, gali būti mažų skraidančių robotų sparnai. (Teksaso A&M universiteto Zoubeida Ounaies sutikimu.)
Korėjos mokslininkai dabar bendradarbiauja su NASA, kad sukurtų vabzdžių dydžio, belaidžiu būdu varomas skraidančias transporto priemones su besiplečiančiais popieriniais sparnais. Tokios transporto priemonės galėtų skristi į žmonėms nesaugias vietas ir išbandyti pavojingas dujas arba apžiūrėti Marso paviršių iš oro.
[Spustelėkite čia, norėdami pamatyti šio kilnojamojo popieriaus vaizdus.]
Tyrėjai, vadovaujami Jaehvanas Kimas , universiteto docentas, pagamino elektra aktyvią celiuliozę, ištirpindamas popieriaus masę, formuodamas lakštus ir padengdamas aukso sluoksniu kaip elektrodą. Kai kurios celiuliozės plėvelės sritys yra labai tvarkingos, o kitose celiuliozės gijos yra susipainiojusios kaip spagečiai. Jonų judėjimas per popierių ir pačių celiuliozės gijų, turinčių neigiamus ir teigiamai įkrautus galus, judėjimas priverčia popierių lenkti reaguojant į elektros srovę. Lenkimą lemia sutvarkytos sritys, tačiau laisva erdvė netvarkingose srityse leidžia jonams tekėti laisviau ir padidina popieriaus gebėjimą deformuotis.
Medžiagos, kurios juda reaguodamos į elektros srovę, vadinamos pjezoelektrika. Kimo celiuliozė yra viena iš naujų klasių šių medžiagų, vadinamų elektroaktyviais polimerais, kurios sukėlė susidomėjimą mokslo bendruomenėje dėl galimo jų panaudojimo daugelyje sričių: dirbtiniuose raumenyse, cheminiuose jutikliuose, vaizdiniuose ekranuose, judančiose robotų dalyse ir baterijose.
Elektra aktyvaus popieriaus vertė yra ta, kad jis yra lengvas ir turi didelį įlinkį [judėjimą] esant žemai įtampai, palyginti su tradiciniais elektroaktyviais polimerais, sako NASA Langley tyrimų centro vyresnysis mokslo darbuotojas Sang Choi. Kai Kimo popieriui taikoma maža įtampa, jis gali judėti gana dideliu atstumu; Pavyzdžiui, eksperimentų metu 30 milimetrų ilgio elektroaktyvaus popieriaus juostelės galas buvo pasislinkęs 4,2 milimetro. Iš tiesų, elektrinio lauko stiprumas, reikalingas norint perkelti popieriaus galiuką iki didžiausio poslinkio, yra viena ar dviem eilėmis mažesnis nei reikalaujama kitiems elektroaktyviems polimerams. O popierius gali greitai keisti formą, judėdamas pirmyn ir atgal taip pat greitai, kaip kartą per 0,06 sekundės.
NASA Choi domisi Kimo medžiaga, nes, palyginti su įprasta pjezoelektra ir kitais elektroaktyviais polimerais, ji yra labai lengva ir reikalauja labai mažai energijos. Kartu Choi ir Kim kuria nedidelę skraidančią transporto priemonę su celiulioziniais sparnais, maitinamą aplinkos mikrobangų krosnelėmis. Choi sako, kad NASA tikisi, kad tokie robotai atliks svarbų vaidmenį jos ilgalaikėse žvalgymo misijose. Pavyzdžiui, maži robotai, kurių judančios dalys pagamintos iš popieriaus ar kitų medžiagų, gali skristi žemai virš Marso paviršiaus ir stebėti jo topologiją. Vis dėlto neaišku, ar celiuliozė gali atlaikyti ekstremalias kosmoso sąlygas.
Celiuliozės plėvelės, kurias iki šiol gamino Kimas, negali turėti daug jėgos – tai būtina robotikos programoms. Taigi jis dirba su Zoubeida Ounaies , Teksaso A&M universiteto aerokosminės inžinerijos docentas, kad sustiprintų šią išmaniąją celiuliozę. Ounaies į ištirpusią celiuliozę prideda anglies nanovamzdelių, vertinamų dėl didelio elektros laidumo ir stiprumo. Mišinys vis dar tiriamas, tačiau idėja yra ta, kad celiuliozės gijų plėvelės, glaudžiai susipynusios su anglies nanovamzdeliais, gali veikti didesnę jėgą nei grynos celiuliozės plėvelės.
Celiuliozė yra pigi ir lengvai prieinama – Kimo plėvelę galima pagaminti net apdorojant komerciškai prieinamą popierių. Palyginimui, dažniausiai naudojamas elektriškai aktyvus polimeras polianilinas kainuoja 68 USD už gramą Viktorija Finkenstadt , USDA Žemės ūkio tyrimų tarnybos mokslinis chemikas. Nors celiuliozės tvirtumas ir stiprumas dar neįrodytas, ji taip pat gali būti gera medžiaga dirbtiniams robotikoje naudojamiems raumenims, sako Finkenstadtas.
Šios medžiagos gali suteikti mums [robotui] judėjimą, apie kurį niekada nesvajojome, sako Kwang J. Kim , Nevados universiteto Reno mechanikos inžinerijos docentas (kuris nedalyvavo celiuliozės tyrimuose). Tačiau Kimas teigia, kad elektriškai aktyvių polimerų sritis vis dar jauna, o mokslininkai vis dar kuria programas. Jis prognozuoja, kad po kelerių metų pasirodys įdomios technologijos.