Нанороботы получат ванадиевые мышцы

23 декабря 2013 г., 18:22

Диоксид ванадия в последнее время приобрел широкую популярность благодаря его необычной способности изменять размеры, форму и фазу. Это один из немногих известных материалов, способных при нагреве (до 67°C) внезапно превращаться из диэлектрика в проводник. Такой, инициируемый температурой фазовый переход открывает перед диоксидом ванадия перспективы применения в высокопроизводительных и экономичных электронных и оптических устройствах нового поколения.

Исследователи из Берклиевской лаборатории Минэнергетики США еще больше расширили рамки потенциальной полезности этого «суперматериала», продемонстрировав сделанные из него «мышцы», способные служить механическим приводом для сверхминиатюрных роботизированных устройств.

Структурный фазовый переход кристаллов двуокиси ванадия сопровождается быстрым сжатием по одной пространственной координате и одновременным расширением по двум остальным. Использующие этот принцип приспособления, работающие на скручивание, по отношению к своему размеру являются в тысячу раз более эффективными, чем человеческие мускулы. В экспериментах миникатапульта на основе двухфазовой спирали диоксида ванадия за 60 миллисекунд выстреливала объектами, в 50 раз превосходящими ее по массе на дистанцию впятеро больше ее габаритов.

«Применив простую конструкцию и неорганические материалы мы получаем превосходство в плотности энергии и скорости по отношению к моторам и актуаторам, применяемым сейчас в интегрированных микросистемах», — так подытоживается это исследование в статье «Powerful, Multifunctional Torsional Micro Muscles Activated by Phase Transition», опубликованной по его результатам в журнале Advanced Materials.

Микроскопические торсионные двигатели на VO₂ в испытаниях выполняли скручивающее движение на протяжении миллиона циклов без признаков ухудшения свойств. При этом были достигнуты частота вращения примерно 200 тыс. об./мин., амплитуда от 500 до 2000 градусов на миллиметр длины и плотность энергии приблизительно 39 кВт/кг. Все эти показатели на порядки величин выше, чем у существующих торсионных микродвигателей и актуаторов: магнитных, электростатических, пьезоэлектрических или использующих углеродные нанотрубки.