Российские ученые создали микроактуатор, работающий на электролизе. Он состоит из заполненной электролитом камеры с электродами, покрытой мембраной. Во время электролиза получающийся газ толкает мембрану, а затем сгорает и мембрана возвращается в исходное положение. В отличие от аналогов, такой актуатор может двигаться с частотой в сотни герц, сообщают ученые в журнале Sensors and Actuators B: Chemical.
В последние десятилетия ученые достигли большого прогресса в миниатюризации устройств, и на основе этого возникли целые новые классы техники, к примеру, микрофлюидные чипы или микроэлектромеханические системы. Но в таких устройствах нужны источники движения, а обычные электромоторы зачастую сложно миниатюризировать. Из-за этого ученые разрабатывают актуаторы новых типов, которые можно использовать в таких небольших устройствах.
Исследователи под руководством Виталия Светового (Vitaly B. Svetovoy) из Ярославского Филиала Физико-Технологического Института РАН и Гронингенского университета создали пневматический микроактуатор новой конструкции. Он состоит из круглой камеры диаметром 500 микрометров и высотой 8 микрометров. На дне камеры располагаются два концентрических круговых электрода, а сверху она закрыта 30-микрометровым слоем полимерной мембраны.
Для работы камера заполняется молярным водным раствором Na2SO4, который обеспечивает раствору высокую проводимость. На электроды актуатора подается быстро меняющийся переменный ток, который разлагает воду на водород и кислород, формирующие нанопузырьки. Эти пузырьки резко увеличивают объем камеры и поднимают эластичную мембрану. После того, как импульсы прекращаются, газы сгорают и снова превращаются в воду, причем, в отличие от больших пузырьков, это происходит за миллисекунды. Эта разница обусловлена тем, что большое соотношение площади поверхности к объему у нанопузырей облегчает реакцию.
Исследователи продемонстрировали работу актуатора, а также протестировали его при разных параметрах. Выяснилось, что он может работать при частоте вплоть до 667 герц. Ученые отмечают, что устройство может работать и при больших частотах, однако для этого нужно большее напряжение, а отклонение мембраны будет ниже. Также исследователи показали, что в некоторых случаях газ может взрываться, а мембрана при этом подниматься на 90 микрометров меньше, чем за сто микросекунд. Правда, после такого режима ученые заметили на мембране трещины.
Другие исследователи также разрабатывают микроустройства, работающие на основе газа. К примеру, американские ученые создали реактивные микродвигатели с лекарствами, которые, за счет выработки водорода, передвигаются по желудку и нейтрализуют его кислотную среду, после чего безопасно высвобождают лекарство. Летом 2017 года их испытали на мышах, которым таким образом доставили антибиотик.
Григорий Копиев
Что можно разглядеть под электронным микроскопом
Восемь лет назад я работал в N + 1 и писал про химию и физику, а теперь преподаю в «Летово» эти предметы школьникам. Неожиданно выпал шанс реализовать старую задумку — собрать собственную галерею фотографий со [note=6035|сканирующего] электронного микроскопа: в школе, по счастливой случайности, установили простенький СЭМ. Как материаловед по образованию, я собрал небольшой кружок, где мы со старшеклассниками занимались мелкими научными проектами и заодно активно эксплуатировали микроскоп.