जेल कृत्रिम मांसपेशियों को ताकत देता है

कृत्रिम मांसपेशियों के लिए नई सामग्री और प्रकृति पर पकड़ वाले हथियार

HAIRS-1 सक्रिय हाइब्रिड सामग्री एक कृत्रिम मांसपेशी बनाती है जो बाएं से दाएं चलती है। इस तरह के सक्रिय बायोमिमेटिक नैनोसिस्टम्स को भविष्य में माइक्रोएक्ट्यूएटर या माइक्रोफ्लुइडिक्स के रूप में माना जा सकता है। © Colloids और Interfaces के लिए मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट
जोर से पढ़ें

एक एथलीट के लिए, जिलेटिनस मांसपेशियां खुशी का कारण नहीं होती हैं - भौतिक वैज्ञानिकों के लिए, उन्होंने एक जेल और सिलिकॉन सुई सामग्री विकसित की है जो मांसपेशियों की तरह काम करती है। जैसा कि शोधकर्ता विज्ञान के वर्तमान अंक में रिपोर्ट करते हैं, वे प्रकृति के एक सरल लेकिन अत्यधिक प्रभावी सिद्धांत का उपयोग करते हैं। उन्होंने जैल की क्षमता का उपयोग केवल पौधों के रूप में यांत्रिक कार्य करते समय पानी को अवशोषित करने और फैलाने के लिए किया।

उसी सक्रिय सामग्री से, मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट फॉर कोलोइड्स एंड इंटरफेसेस पॉट्सडैम और अमेरिकन बेल लेबोरेटरीज में सामग्री वैज्ञानिक तब अगले चरण में नैनो-आकार के मनोरंजक हथियारों का निर्माण करने में सक्षम थे।

कुछ फूल दिन के समय खुलने लगते हैं, और जैसे ही अंधेरा होता है फिर से बंद हो जाते हैं। ऐसा लगता है कि उनमें मांसपेशियां हैं। वास्तव में, हालांकि, जेल जैसे पदार्थ नमी के आधार पर सूजन या सिकुड़कर पंखुड़ियों को स्थानांतरित करते हैं। प्रकृति में, न केवल फूल इस हाइड्रोलिक तंत्र का उपयोग करते हैं, बल्कि पाइन शंकु या मांसाहारी सूंड भी।

वैज्ञानिक अब इस तंत्र का उपयोग HAIRS (हाइड्रोजेल उच्च-पहलू-अनुपात कठोर संरचनाओं) नामक उपन्यास सामग्री के लिए करते हैं - नैनोमीटर के आकार की सिलिकॉन सुइयों और एक हाइड्रोजेल से बने हाइब्रिड सिस्टम। मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट ऑफ कोलाइड्स एंड इंटरसेप्टर के निदेशक प्रोफेसर पीटर फ्रिट्ज़ल कहते हैं, "हाइब्रिड सामग्री की विशेष विशेषता कठोर और अनम्य शरीर, लोचदार और नरम कनेक्टिंग तत्वों के साथ सिलिकॉन सुइयों का संयोजन है।" यह एक सक्रिय सामग्री बनाता है, इसलिए काम का एक पदार्थ कर सकता है। आर्द्रता के आधार पर, जेल अपनी सतह को बदलता है - यह सिकुड़ता है या सूज जाता है, जिससे सिलिकॉन सुइयों का उन्मुखीकरण बदल जाता है। इस सरल सिद्धांत का उपयोग करते हुए, वैज्ञानिकों ने दो अलग-अलग सामग्रियों का उत्पादन किया: HAIRS-1 और HAIRS-2।

HAIRS-1 में, सिलिकॉन सुइयों को जेल में वितरित किया जाता है और समानांतर में संरेखित किया जाता है। जेल को एक साथ सिकोड़ें, इसे सिलिकॉन सुइयों पर खींचें और इसे किनारे पर झुकाएं। सामग्री एक कृत्रिम मांसपेशी की तरह व्यवहार करती है। HAIRS-1 में, सिलिकॉन सुइयां केवल जेल में ही लगाई जाती हैं, जबकि HAIRS-2 में सुइयों को इसके अलावा एक सिलिकॉन सतह पर मजबूती से लंगर डाला जाता है। निम्नलिखित प्रभाव के साथ: "HAIRS-1 के विपरीत, HAIRS-2 सिलिकॉन सुई जेल के सिकुड़ने पर झुकाव नहीं कर सकती है, " Fratzl बताते हैं। HAIRS-2 में, सुइयों को झुकना चाहिए - आसन्न सुइयों में से चार एक-दूसरे की ओर झुकते हुए चार-सशस्त्र ग्रिपर बनाते हैं। प्रदर्शन

आंदोलन को पूरी तरह से पलट देना

यह विशेष रूप से व्यवस्था का परिणाम है क्योंकि केशिका बल जेल सिकुड़ते हैं। जेल सतह पर पानी की तरह व्यवहार करता है - यह सतह के तनाव को कम करने का प्रयास करता है। इसलिए, एक जेल छोटी बूंद चार सुइयों के बीच बैठती है, जो कोनेस्टोन बनाती हैं, इसलिए बोलने के लिए। यदि जेल सिकुड़ता है, तो कोनों पर सुइयों को अंदर की ओर खींचा जाता है, जिसके परिणामस्वरूप चार-हथियार वाले ग्रिपर होते हैं। सुइयों की मनोरंजक गति पूरी तरह से प्रतिवर्ती है - जब जेल फिर से नम हो जाता है, तो यह फैलता है और सुइयों अपने ईमानदार स्थिति में वापस आ जाती है।

संकर सामग्री का उत्पादन करने के लिए, वैज्ञानिकों ने पहले सिलिकॉन के एक जंगल को सिलिकॉन वेफर में उतारा। तब सिलिकॉन की सुइयां केवल एक सौ से तीन सौ नैनोमीटर मोटी और सिर्फ पांच से आठ माइक्रोमीटर लंबी होती हैं। वे कुछ माइक्रोमीटर की नियमित दूरी पर सिलिकॉन वेफर की सतह को कवर करते हैं। इसके बाद, वैज्ञानिकों ने इस कंघी जैसी संरचना को एक जेल से भर दिया जो रासायनिक रूप से सिलिकॉन सुइयों को मजबूती से बांधता है। HAIRS-1 के लिए, वैज्ञानिक अंत में अपने सब्सट्रेट से सिलिकॉन सुइयों को तोड़ते हैं - सुइयों की फिर एक आदेशित संरचना होती है, लेकिन केवल जेल द्वारा तय की जाती है।

विविध अनुप्रयोग संभावनाएं

यांत्रिक सिद्धांत जिसके अनुसार HAIRS-1 कार्य पहले से ही अमेरिकी इंजीनियर और वास्तुकार रिचर्ड बकमिनस्टर-फुलर (1895-1983) द्वारा मान्यता प्राप्त था। बकमिनस्टर-फुलर ने लोचदार बैंड के साथ कठोर डंडे की इमारतों का निर्माण किया। ऐसी संरचनाएं लचीली और अभी तक स्थिर हैं: वे हवा और भारी बर्फ भार का सामना करते हैं। उन्होंने इस सिद्धांत के लिए Tensegrit fort (तनाव या अखंडता या शक्ति के लिए ईमानदारी के लिए तनाव) शब्द का परिचय दिया। जीवविज्ञानियों ने बाद में महसूस किया कि कोशिकाओं का यांत्रिक व्यवहार तनाव के सिद्धांत का अनुसरण करता है।

हालांकि, नई संकर सामग्री इस प्रकृति-व्युत्पन्न विधि का उपयोग करने वाली पहली सक्रिय सामग्री है। "हम इस सक्रिय सामग्री के लिए जीव विज्ञान से प्रेरित थे, " फ्रेज़ल कहते हैं। "इसका उपयोग माइक्रोटेक्ट्यूटर या माइक्रोफ़्लुइडिक्स में किया जा सकता है।"

(आईडीडब्ल्यू - एमपीजी, २ ९.०१.२००w - डीएलओ)