p Novos músculos artificiais que se torcem como a tromba de um elefante, mas fornecem uma rotação mil vezes maior por comprimento, foram anunciados em 13 de outubro para uma publicação em Ciência revista por uma equipe de pesquisadores da Universidade do Texas em Dallas, A Universidade de Wollongong na Austrália, A University of British Columbia, no Canadá, e a Universidade Hanyang na Coréia. p Esses músculos, com base em fios de nanotubos de carbono, acelere um remo 2.000 vezes mais pesado até 590 revoluções por minuto em 1,2 segundos, e então inverta essa rotação quando a tensão aplicada for alterada. A rotação demonstrada de 250 por milímetro de comprimento do músculo é mais de mil vezes a dos músculos artificiais anteriores, que são baseados em ferroelétricos, ligas com memória de forma, ou polímeros orgânicos condutores. A potência de saída por peso do fio é comparável à de grandes motores elétricos, e o desempenho normalizado por peso desses motores elétricos convencionais se degrada severamente quando eles são reduzidos para uma escala milimétrica.

p Esses músculos exploram forte, difícil, fios altamente flexíveis de nanotubos de carbono, que consistem em cilindros de carbono em nanoescala que são dez mil vezes menores em diâmetro do que um fio de cabelo humano. Importante para o sucesso, esses nanotubos são fiados em fios helicoidais, o que significa que eles têm versões para canhotos e destros (como nossas mãos), dependendo da direção de rotação durante a torção dos nanotubos para fazer o fio. A rotação é torsional, o que significa que a torção ocorre em uma direção até que resulte uma rotação limitante, e então a rotação pode ser revertida mudando a tensão aplicada. Os fios esquerdo e direito giram em direções opostas quando carregados eletricamente, mas em ambos os casos o efeito da carga é destorcer parcialmente o fio.

p Ao contrário dos motores convencionais, cuja complexidade os torna difíceis de miniaturizar, os músculos torcionais do nanotubo de carbono são simples de construir de forma barata em comprimentos muito longos ou milimétricos. Os motores de torção nanotubos consistem em um eletrodo de fio e um contra-eletrodo, que são imersos em um líquido condutor ionicamente. Uma bateria de baixa tensão pode servir como fonte de energia, que permite a carga eletroquímica e a descarga do fio para fornecer rotação de torção em direções opostas. No caso mais simples, os pesquisadores anexam uma pá ao fio de nanotubo, que permite a rotação de torção para fazer um trabalho útil - como misturar líquidos em "chips microfluídicos" usados ​​para análise química e detecção.

p O mecanismo de rotação torcional é notável. Carregar os fios de nanotubos é como carregar um supercapacitor - os íons migram para os fios para equilibrar eletrostaticamente a carga eletrônica eletricamente injetada nos nanotubos. Embora os fios sejam porosos, este influxo de íons faz com que o fio aumente o volume, encolher em comprimento em até um por cento, e girar torcionalmente. Este encolhimento surpreendente no comprimento do fio à medida que seu volume aumenta é explicado pela estrutura helicoidal do fio, que é semelhante em estrutura aos brinquedos com algemas de dedo que prendem os dedos de uma criança quando alongados, mas os libera quando encurtados.

p A natureza tem usado a rotação torcional baseada em músculos helicoidalmente enrolados por centenas de milhões de anos, e explora essa ação para tarefas como torcer as trombas de elefantes e membros de polvo. Nestes apêndices naturais, fibras musculares enroladas helicoidalmente causam rotação ao se contrair contra um material essencialmente incompressível, núcleo sem osso. Por outro lado, os nanotubos de carbono enrolados helicoidalmente nos fios de nanotubos estão passando por poucas mudanças no comprimento, mas, em vez disso, estão fazendo com que o volume de eletrólito líquido dentro do fio poroso aumente durante a carga eletroquímica, de modo que a rotação de torção ocorre.

p A combinação de simplicidade mecânica, rotações de torção gigantes, altas taxas de rotação, e diâmetros de fio de tamanho mícron são atraentes para aplicações, como bombas microfluídicas, unidades de válvula, e misturadores. Em um misturador de fluidos demonstrado pelos pesquisadores, um fio de 15 mícrons de diâmetro girado em um raio 200 vezes maior e uma pá 80 vezes mais pesada em fluidos fluidos em até uma rotação por segundo.

p "A descoberta, caracterização, e a compreensão desses motores de torção de alto desempenho mostra o poder das colaborações internacionais ", disse Ray H. Baughman, um autor correspondente do autor do artigo da Science e Robert A. Welch Professor de Química e diretor da Universidade do Texas em Dallas Alan G. MacDiarmid NanoTech Institute. "Pesquisadores de quatro universidades em três continentes diferentes, nascidos em oito países diferentes, deram contribuições extremamente importantes."