211service.com
Pārvietojamās papīra daļas robotiem
Pētnieki Inhas universitātē Dienvidkorejā ir pierādījuši, ka celuloze, galvenā papīra sastāvdaļa, var izlocīties, reaģējot uz elektrību. Apstrādātā celuloze ir viegla, lēta un tai ir zemas jaudas prasības salīdzinājumā ar līdzīgiem elektriski aktīviem materiāliem.
Šī plānā ar zeltu pārklātā celulozes plēve, reaģējot uz elektrisko strāvu, atlokas kā spāres spārni. Materiāls, ko sauc par elektroaktīvo papīru, var kalpot kā spārni maziem lidojošiem robotiem. (Ar Zoubeida Ounaies, Teksasas A&M universitātes atļauju.)
Korejas pētnieki tagad sadarbojas ar NASA, lai izstrādātu kukaiņu izmēra, bezvadu režīmā darbināmus lidojošus transportlīdzekļus ar plīvojošiem papīra spārniem. Šādi transportlīdzekļi varētu lidot cilvēkiem nedrošos apgabalos un pārbaudīt bīstamās gāzes vai pētīt Marsa virsmu no gaisa.
[ Noklikšķiniet šeit, lai skatītu šī kustīgā papīra attēlus.]
Pētnieki, kuru vadīja Džehvans Kims , universitātes asociētais profesors, izgatavoja elektriski aktīvo celulozi, izšķīdinot papīra masu, veidojot to loksnēs un pārklājot ar zelta kārtu kā elektrodu. Dažas celulozes plēves vietas ir ļoti sakārtotas, savukārt citās vietās celulozes pavedieni ir sapinušies kā spageti. Jonu kustība caur papīru un pašu celulozes pavedienu kustība, kam ir negatīvi un pozitīvi lādēti gali, liek papīram izliekties, reaģējot uz elektrisko strāvu. Liekšanu nosaka sakārtotie apgabali, bet brīvā telpa nesakārtotajos reģionos ļauj joniem plūst brīvāk un palielina papīra spēju deformēties.
Materiālus, kas pārvietojas, reaģējot uz elektrisko strāvu, sauc par pjezoelektriskiem. Kima celuloze ir viena no jaunām šo materiālu klasēm, ko sauc par elektroaktīvajiem polimēriem, kas ir radījuši satraukumu zinātnieku aprindās par to potenciālo izmantošanu daudzās jomās: mākslīgie muskuļi, ķīmiskie sensori, vizuālie displeji, robotu kustīgās daļas un baterijas.
Elektriski aktīvā papīra vērtība ir tāda, ka tas ir viegls un tam ir liela novirze [kustība] pie zema sprieguma, salīdzinot ar tradicionālajiem elektroaktīvajiem polimēriem, saka Sang Choi, NASA Langley pētniecības centra vecākais pētnieks. Kad Kima papīram tiek pielikts neliels spriegums, tas var pārvietoties salīdzinoši lielu attālumu; piemēram, eksperimentos 30 milimetrus garas elektroaktīvā papīra sloksnes gals tika pārvietots par 4,2 milimetriem. Patiešām, elektriskā lauka stiprums, kas nepieciešams, lai pārvietotu papīra galu līdz tā maksimālajam pārvietojumam, ir par vienu līdz divām kārtām mazāks nekā nepieciešams citiem elektroaktīviem polimēriem. Un papīrs var ātri mainīt formu, pārvietojoties uz priekšu un atpakaļ tikpat ātri kā reizi 0,06 sekundēs.
NASA Choi interesē Kima materiāls, jo, salīdzinot ar parastajiem pjezoelektriskajiem un citiem elektroaktīviem polimēriem, tas ir ļoti viegls un prasa ļoti maz enerģijas. Kopā Choi un Kim izstrādā nelielu lidojošu transportlīdzekli ar celulozes spārniem, ko darbina apkārtējās vides mikroviļņi. Choi saka, ka NASA sagaida, ka šādiem robotiem būs svarīga loma tās ilgtermiņa izpētes misijās. Piemēram, mazi roboti ar kustīgām daļām, kas izgatavotas no papīra vai citiem materiāliem, var lidot zemu virs Marsa virsmas, lai uzraudzītu tās topoloģiju. Tomēr nav skaidrs, vai celuloze var izturēt ekstremālos apstākļus kosmosā.
Celulozes plēves, ko Kims līdz šim ir izgatavojis, nevar iedarboties ar lielu spēku – tas ir obligāts robotikas lietojumos. Tātad viņš strādā ar Zoubeida Ounaies , Teksasas A&M universitātes aviācijas un kosmosa inženierijas docents, lai stiprinātu šo viedo celulozi. Ounaies izšķīdušajai celulozei pievieno oglekļa nanocaurules, kas novērtētas ar augstu elektrovadītspēju un izturību. Maisījums joprojām tiek pētīts, taču ideja ir tāda, ka celulozes šķiedru plēves, kas ir cieši sajauktas ar oglekļa nanocaurulēm, var iedarboties vairāk nekā tīras celulozes plēves.
Celuloze ir lēta un viegli pieejama – Kima plēvi var izgatavot pat, apstrādājot komerciāli pieejamu papīru. Salīdzinājumam, visbiežāk izmantotais elektriski aktīvais polimērs, polianilīns, maksā 68 USD par gramu, saka Viktorija Finkenštate , USDA Lauksaimniecības pētījumu dienesta pētnieks ķīmiķis. Lai gan celulozes robustums un izturība vēl ir jāpierāda, tas var izrādīties arī labs materiāls mākslīgajiem muskuļiem, ko izmanto robotikā, saka Finkenstadt.
Šie materiāli var nodrošināt mums [robotu] pārvietošanos, par kuru mēs nekad neesam sapņojuši, saka Kvangs Dž. Kims , mašīnbūves asociētais profesors Nevadas Universitātē Reno (kurš nebija iesaistīts celulozes izpētē). Bet Kims saka, ka elektriski aktīvo polimēru joma joprojām ir jauna, un pētnieki joprojām izstrādā lietojumus. Vēl pēc dažiem gadiem iznāks interesantas tehnoloģijas, viņš prognozē.