Миниатюрные роботы получат пальцы из диоксида ванадия

Журнал Nano Letters сообщает о совместной работе Национальной лаборатории Беркли и Калифорнийского университета, результатом которой стало создание из оксида металла эффективного миниатюрного механического привода, напоминающего двигающийся палец толщиной с человеческий волос.

При нагреве выше 67°С диоксид ванадия превращается из изолятора в металл. Это сопровождается структурным фазовым переходом, сжимающим материал в одном направлении и расширяющим – в другом. В более ранней работе, опубликованной в Physical Review Letters, один из участников нового исследования, Ву (Junqiao Wu), на примере однокристальных нанопроводов диоксида ванадия продемонстрировал, что этими двумя фазовыми изменениями можно управлять по отдельности.

В эксперименте 100-микронный провод сокращался примерно на 1 микрон – это и привело ученых к идее создания миниатюрного актуатора. Они изготовили полоску диоксида ванадия и нанесли на нее слой хрома. При нагреве этой конструкции электрическим током или лазерным импульсом, диоксид ванадия сжимался, и вся полоса сгибалась подобно пальцу.

Полученное перемещение составляло десятки микрон – гораздо больше, чем можно получить от пьезоэлектрического устройства таких же размеров. Кроме того, при этом развивается гораздо большая сила.

Ученые прогнозируют применение созданных ими микроактуаторов в качестве насосов для подачи лекарственных препаратов или механических мускулов в миниатюрных роботах. Обеспечиваемая высокая плотность энергии (количество генерируемой энергии на единицу занимаемого объема), низкое управляющее напряжение и отсутствие токсичных компонентов, таких как свинец, делает новые актуаторы серьезным конкурентом пьезоэлектрическим аналогам, широко используемым сейчас.

Следующей целью коллектив в Беркли поставил себе создание, действующего по тому же принципу миниатюрного торсионного актуатора.