Загрузка галереи
Исследователи из Ратгерского университета создали электрохимический актуатор, управляемый подачей небольшого напряжения. Он сделан из множества одноатомных слоев дисульфида молибдена, и способен поднимать предметы, которые весят во много раз больше его самого. Исследование опубликовано в журнале Nature.
Обычно в промышленности и робототехнике для приведения устройств в движения используются моторы. Они занимают довольно много места сами по себе, а также зачастую требуют дополнительных механизмов для превращения вращательного движения в поступательное или сгибающее. Поэтому многие исследователи занимаются разработкой альтернативных механизмов, таких как искусственные мышцы.
Американские ученые создали такие искусственные мышцы из двумерного материала — дисульфида молибдена. Они объединили множество таких одноатомных слоев в пленку толщиной в несколько микрометров, и присоединили ее к пленке из каптона с гораздо большей толщиной. Актуатор работает в среде электролита — серной кислоты. Принцип его действия основан на том, что катионы из электролита могут встраиваться между слоями дисульфида молибдена и тем самым увеличивать размер пленки. Поскольку размер каптоновой пленки при этом не меняется, вся конструкция вынуждена изгибаться. Прикладывая напряжение от +0,3 до −0,3 вольта, ученые научились управлять направлением изгиба актуатора.
Загрузка галереи
Исследователи продемонстрировали несколько конфигураций таких искусственных мышц. Одна из них состоит из двух скрепленных актуаторов. За счет приложения напряжения ученым удалось поднять груз с массой 265 миллиграмм с помощью актуатора с массой активной части 1,6 миллиграмм. Стоит отметить, что подъем происходит не на воздухе, а в жидкости.
В прошлом году исследователи из MIT разработали сгибающиеся актуаторы из нейлоновых волокон. При точечном нагревании они сокращаются с одной стороны быстрее, чем с других, и за счет этого изгибаются в нужную сторону. Другие американские ученые создали пневматические искусственные мышцы с ячеистой структурой, которые сокращаются за счет откачивания воздуха из них.
Григорий Копиев
Ворсинки гнутся, смягчая удар, и ткани лучше скользят друг по другу.
Канадские ученые вырастили на нейлоне слой ворсинок полидиметилсилоксана, который существенно снижает трение. При стирке такого материала образуется в четырнадцать раз меньше частиц микропластика, при этом на ощупь и зрительно он не отличается от необработанного нейлона. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Sustainability. Каждый раз, когда мы стираем синтетическую футболку, от ее поверхности отрывается примерно 730 тысяч пластиковых микрочастиц и микроволокон. Часть этих волокон достаточно малы, чтобы, минуя фильтры, попасть в грунтовые воды и почву. По оценкам ученых около 35 процентов всего плавающего в океане микропластика попали туда из слива стиральных машин. Внимание экологов в основном привлечено к синтетическим материалам, хотя с вещами хлопка и других натуральных тканей все тоже непросто. Хлопковые волокна способны разложиться в почве или воде, но из-за пигментов и других включений этот процесс идет медленно. Например, джинсовые волокна уже находили в канадских Великих озерах и желудках живущих там рыб. Микроволокна отделяются от поверхности, когда вещи трутся о барабан и между собой. Поэтому канадские материаловеды под руководством Кевина Головин (Kevin Golovin) из Университета Торонто решили сделать покрытие для снижения трения. Ученые работали с одной из самых популярных синтетических тканей — нейлоном. Покрытие наносили в две стадии. Сначала на поверхность нейлона нанесли связующий слой: для этого подкисленный спиртовой раствор 3-меркаплопропилтриметоксисилана обработали пероксидом водорода. Под действием окислителя SH-фрагменты превратились в SO3H-фрагменты, которые способны образовывать прочные связи с нейлоном. Нейлоновые листы погрузили в полученный раствор на один час, и высушили в течение часа при температуре 95 градусов Цельсия. После этого на праймер нарастили слой полидиметилсилоксана (PDMS). Этот полимер используется, например, в косметике для волос, он сглаживает поверхность волоса, визуально делая волосы более гладкими и блестящими. PDMS синтезировали in situ из паров 1,3-дихлортетраметилдисилоксана в присутствии воды. При этом группы SiCl-фрагменты 1,3-дихлортетраметилдисилоксана гидролизуютсяя, превращаясь в SiOH-фрагменты и связываются с другими такими же фрагментами — сначала из связующего слоя, а затем из соседних молекул. Молекулы выстраиваются в цепь: ее «голова» прочно пришита к нейлону, а «хвост» растет перпендикулярно поверхности. После оптимизации условий авторы сумели получить слой PDMS -ворсинок длиной около 10 нанометров. При взаимодействии поверхности с другими материалами ворсинки PDMS работают как слой жидкости, пришитый к ткани. Ворсинки гнутся, смягчая удар, и ткани лучше скользят друг по другу. И при сухом, и при мокром трении коэффициент трения снижался примерно вдвое, когда один из взаимодействующих объектов покрывали слоем ворсинок и более чем в четыре раза — когда покрывали оба. Такое заметное снижение трения ожидаемо повлияло и на образование микропластика. Из необработанного нейлона за девять стирок вымывалось 3975 ± 327 частиц на один грамм материала. А из нейлона с ворсинками — почти в четырнадцать раз меньше (289 ± 75). Разница сохранялась и при стирке материала при температуре 60 градусов Цельсия в течение 24 часов. Ученые испытали также нейлон только со связующим слоем и только со слоем PDMS, но в этих случаях значимых улучшений не было. Интересно, что средний размер волокон был в пределах погрешности одинаковым — около 0,5 миллиметра. Из этого авторы заключили, что механизм отделения микроволокон остался тем же, снизилась только его интенсивность. На ощупь и визуально нейлон с покрытием не отличался от необработанного. Сейчас авторы работают над снижением гидрофобности материала — так он будет лучше впитывать пот, и станет более комфортным для движения и занятий спортом. Также они планируют оптимизировать механизм нанесения праймера, чтобы он подходил не только для нейлона. В конце прошлого года китайские экологи выяснили, что частицы микропластика в сочетании с солнцезащитными компонентами косметики могут усиливать токсическое действие хрома. А проверить свои знания о микропластике можно, пройдя наш тест.