Twisting Everyday Fibers kunne gøre “Smart Tøj” til virkelighed
Almindelige fibre snoet i tråde, der kan løfte næsten et ton – og måske tjene som “muskler” for futuristisk proteser.
Billede af Carter Haines, Nylonfibre af forskellig vægt kan omdannes til “kunstige muskler”.
Alt det kræver er et lille twist, og fiskeline og fibrene fra nylontæppe, som kan snart være den nyeste inden for højteknologisk tøj og industri, rapporterer forskere. Hemmeligheden er ikke i kompleks fremstilling eller eksotiske materialer, men i spiraler indbygget i linen.
Et team ledet af forskere fra University of Texas, Dallas, har fundet på en måde, at bruge fiskeline i polyethylen og nylontråd, og forvandle dem til fibre, der kan løfte næsten et ton eller rotere, for at producere ligeså mange hestekræfter, som en jetmotor.
De snoede tråde, der kaldes kunstige muskler, forudsiger teknologier, der spænder fra varmefølsomme gardiner til frakker, der lukker deres porer på en kølig dag for at holde kroppen varm. De kan også fungere som “muskler” for futuristiske proteser eller give robotter mere menneskelige ansigtsudtryk, foreslår forskerne.
Teknikken til at omdanne disse dagligdags objekter til næste generation materiale er så nem, at gymnasieelever kan gøre det, siger videnskabsmand i materialer, Ray Baughman fra University of Texas, Dallas, seniorforfatter af rapporten i tidsskriftet Science.
Tricket er at tage tråde af høj styrke, såsom fiskelinje, og vride dem, indtil de snor sig, forklarer Baughman. Forskerne satte spolerne på plads ved hjælp af varme, så de ikke folder sig ud. De rapporterer, at enkle ændringer i temperaturen, derefter kan gøre spolen trække sig sammen eller folde sig ud.
“Det er en meget smart idé,” siger Qibing Pei, en materialeforsker ved University of California, Los Angeles, i en email.
“En bemærkelsesværdig ny funktion opnås fra”gamle” teknologier,” tilføjer Pei, som ikke var involveret i undersøgelsen.
Fra eksotisk til hverdag
Kunstige muskler er ikke et nyt koncept. Forskere har i deres søgen, gennemgået nogle meget eksotiske materialer, som carbon nanorør tilføjet paraffin eller shape-memory metal wire.
Men de har alle haft problemer, siger Baughman. Nogle kan ikke ændre formen nok til at udføre meningsfuldt arbejde. Andre kan ikke holde deres form til nok til cyklusser af sammentrækning og afslapning, til at være nyttige. Nogle kunstige muskler har simpelthen for kort en levetid.
Men disse nye muskler, siger forfatterne af studiet, har ikke disse problemer. De kan også sættes sammen til at udføre større og større opgaver.
Blot en af de kunstige muskler, der er fremstillet af fiskeline i polyethylen, der er omkring ti gange diameteren af et menneskehår, kan løfte omkring 7,3 kg. Et hundrede af dem lagt sammen kunne løfte 0,7 tons.
Og på grund af deres spiralform kan de bruges til at rotere motorer. Nogle af dem er så gode til at producere mekanisk kraft, at deres output-7,1 hk pr. kilo – konkurrerer med kræfter produceret af en jetmotor.
De er også meget billige at producere, tilføjer Baughman, da du kan finde de fleste af de materialer du har brug for, hos isenkræmmeren.
Kunstige muskler fremstillet af carbon nanorør koster omkring $ 4.000 til $ 5.000 for to kilo materiale. Forskerne betalte kun $ 5 for samme mængde fiskeline af polyethylen eller nylon fiber.
Gamle materialer, ny teknologi
“Det endelige mål er at fremstille tekstiler, der resulterer i komfortjusterende tøj”, siger Baughman. En t-shirt indeholdende disse kunstige muskler, kan trække sig sammen i koldt vejr og dermed holde en person varm, og udvide sig i varmt vejr, hvilket skaber åbne porer for at holde personen afkølet.
Baughman og kolleger har formået at bruge deres nye muskeltråde til at åbne og lukke vindueskodder som reaktion på temperaturen ude. Dette kunne erstatte de højlydte og dyre motorer, der bruges til at justere gardiner i bygninger og drivhuse, forklarer Baughman.
Den centrale udfordring “vil være hvordan man administrerer ændringer i temperaturen i kompakte, pålidelige og energieffektive løsninger”, siger UCLAs Pei. “I betragtning af gruppens fremragende track record, forventer jeg, at disse snart bliver demonstreret.”