學(xué)家近日發(fā)現(xiàn)一種具有大象鼻子中肌肉般旋轉(zhuǎn)韌性的特殊碳納米管材料,，這一發(fā)明有望在未來(lái)幫助解決納米機(jī)器人驅(qū)動(dòng)的難題,。澳大利亞臥龍崗大學(xué)智能聚合材料研究院的杰夫·斯賓克斯(Geoff Spinks)教授和同事們?cè)诮粘霭娴囊黄凇犊茖W(xué)》雜志上報(bào)告了他們的這項(xiàng)成果。
斯賓克斯教授說(shuō)：“我們偶然間發(fā)現(xiàn)一種材料,，當(dāng)向其施加一定的電壓時(shí),，會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。通過(guò)研究,，我們發(fā)現(xiàn)它的性能特征在自然界中存在一些類(lèi)似物,，如大象的鼻子,，蜥蜴的舌頭，甚至細(xì)菌的鞭毛,。”
大約5年前,，美國(guó)德州大學(xué)納米技術(shù)研究院的科學(xué)家們開(kāi)始嘗試使用碳納米管(CNTs)制造所謂的“導(dǎo)電性智能紡織物”。碳納米管是一種碳原子構(gòu)成的中空管狀物,。斯賓克斯說(shuō)：“他們?cè)噲D研制一種多功能紡織物,，這種紡織物可以充當(dāng)電池，充當(dāng)天線(xiàn),，甚至可以具備防彈功能,。”
科學(xué)小組成員賈瓦德·弗羅基(Javad Foroughi)當(dāng)時(shí)正在用一小段碳納米纖維進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，他突然發(fā)現(xiàn)當(dāng)這種材料浸沒(méi)于電解質(zhì)中時(shí),，如果對(duì)其施加一個(gè)電壓,，材料會(huì)發(fā)生旋轉(zhuǎn)。而如果將電壓反轉(zhuǎn),，材料的旋轉(zhuǎn)方向也會(huì)跟著反轉(zhuǎn),。
自然界中的螺旋形肌肉組織，如章魚(yú)的觸手,，內(nèi)部都擁有一套螺旋形纏繞的纖維組織,，它們可以圍繞一個(gè)位于中央部位不可壓縮的軸心進(jìn)行壓縮并以此實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)動(dòng)作。相比之下,，這種螺旋形碳納米纖維的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作則是由于當(dāng)施加電壓場(chǎng)時(shí),，材料會(huì)吸收更多電解質(zhì)，因此產(chǎn)生了一種推動(dòng)力,。
盡管也有其它材料顯示出類(lèi)似的特性，但是這種碳納米管材料是到目前為止發(fā)現(xiàn)的旋轉(zhuǎn)效應(yīng)最明顯的一種,。這種“碳納米管紗線(xiàn)”每分鐘可以轉(zhuǎn)動(dòng)600圈,，平均每厘米材料的旋轉(zhuǎn)性能要比其它材料高出1000倍。斯賓克斯說(shuō)：“你所用材料的螺旋線(xiàn)長(zhǎng)度越長(zhǎng),，旋轉(zhuǎn)的次數(shù)也就會(huì)越多,。”
廣泛的應(yīng)用前景
在他們的論文中，斯賓克斯和他的同事們展示了如何將這種材料制成一種微型毫米級(jí)槳葉式攪拌機(jī),，可用于進(jìn)行液體的攪拌混合,。除此之外，研究小組還希望這一技術(shù)將造福其它微型機(jī)械設(shè)計(jì),。他說(shuō)：“總的來(lái)說(shuō),，在任何需要在有限的狹小空間內(nèi)進(jìn)行機(jī)械作業(yè)的地方，他都將有用武之地,。因?yàn)橐捎脗鹘y(tǒng)工藝制作那么小的馬達(dá)是很困難的,。”他還認(rèn)為這種技術(shù)可以被應(yīng)用于消費(fèi)電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)中,，如用來(lái)制作手機(jī)的變焦鏡頭。
但是研究人員表示,，這種技術(shù)或許還有更加重要的用途,，那就是發(fā)展納米機(jī)器人技術(shù)，用于幫助體內(nèi)給藥,，去除寄生蟲(chóng),，以及對(duì)抗癌癥。在現(xiàn)階段,，開(kāi)發(fā)納米機(jī)器人的最大障礙在于如何實(shí)現(xiàn)讓機(jī)器人在人體血液內(nèi)驅(qū)動(dòng)的問(wèn)題,。斯賓克斯表示這種新型肌肉組織材料將幫助解決這一重要難題：它可以模擬細(xì)菌使用其后部鞭毛推進(jìn)的方式實(shí)現(xiàn)納米機(jī)器人在人體血液中的驅(qū)動(dòng)。
目前,，科學(xué)家們正在研究如何利用相關(guān)材料幫助進(jìn)行復(fù)雜的人工耳蝸植入手術(shù),。這種精密的裝置必須被安裝在一個(gè)非常狹小的空間內(nèi)，其中涉及許多精密脆弱的瓣膜結(jié)構(gòu),。斯賓克斯表示他們小組的長(zhǎng)期研究目標(biāo)是開(kāi)發(fā)一種特殊的“可穿著裝置”,，來(lái)幫助人體運(yùn)動(dòng)。他們同時(shí)還在開(kāi)發(fā)一種獨(dú)特的“袖管”,，它可以幫助人體運(yùn)動(dòng),，或者幫人體按摩。
而對(duì)于公眾普遍關(guān)心的安全問(wèn)題,，斯賓克斯教授說(shuō)：這個(gè)問(wèn)題暫時(shí)還未納入考慮范圍,。他說(shuō)：“當(dāng)然我們還有很多工作要去做，就像其它許多化學(xué)產(chǎn)品一樣,，我們還需要大量的工作才能確定這種材料是否是安全的,，或者在何種情況下是安全的。”
斯賓克斯教授說(shuō)：“我們偶然間發(fā)現(xiàn)一種材料,，當(dāng)向其施加一定的電壓時(shí),，會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。通過(guò)研究,，我們發(fā)現(xiàn)它的性能特征在自然界中存在一些類(lèi)似物,，如大象的鼻子,，蜥蜴的舌頭，甚至細(xì)菌的鞭毛,。”
大約5年前,，美國(guó)德州大學(xué)納米技術(shù)研究院的科學(xué)家們開(kāi)始嘗試使用碳納米管(CNTs)制造所謂的“導(dǎo)電性智能紡織物”。碳納米管是一種碳原子構(gòu)成的中空管狀物,。斯賓克斯說(shuō)：“他們?cè)噲D研制一種多功能紡織物,，這種紡織物可以充當(dāng)電池，充當(dāng)天線(xiàn),，甚至可以具備防彈功能,。”
科學(xué)小組成員賈瓦德·弗羅基(Javad Foroughi)當(dāng)時(shí)正在用一小段碳納米纖維進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，他突然發(fā)現(xiàn)當(dāng)這種材料浸沒(méi)于電解質(zhì)中時(shí),，如果對(duì)其施加一個(gè)電壓,，材料會(huì)發(fā)生旋轉(zhuǎn)。而如果將電壓反轉(zhuǎn),，材料的旋轉(zhuǎn)方向也會(huì)跟著反轉(zhuǎn),。
自然界中的螺旋形肌肉組織，如章魚(yú)的觸手,，內(nèi)部都擁有一套螺旋形纏繞的纖維組織,，它們可以圍繞一個(gè)位于中央部位不可壓縮的軸心進(jìn)行壓縮并以此實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)動(dòng)作。相比之下,，這種螺旋形碳納米纖維的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作則是由于當(dāng)施加電壓場(chǎng)時(shí),，材料會(huì)吸收更多電解質(zhì)，因此產(chǎn)生了一種推動(dòng)力,。
盡管也有其它材料顯示出類(lèi)似的特性，但是這種碳納米管材料是到目前為止發(fā)現(xiàn)的旋轉(zhuǎn)效應(yīng)最明顯的一種,。這種“碳納米管紗線(xiàn)”每分鐘可以轉(zhuǎn)動(dòng)600圈,，平均每厘米材料的旋轉(zhuǎn)性能要比其它材料高出1000倍。斯賓克斯說(shuō)：“你所用材料的螺旋線(xiàn)長(zhǎng)度越長(zhǎng),，旋轉(zhuǎn)的次數(shù)也就會(huì)越多,。”
廣泛的應(yīng)用前景
在他們的論文中，斯賓克斯和他的同事們展示了如何將這種材料制成一種微型毫米級(jí)槳葉式攪拌機(jī),，可用于進(jìn)行液體的攪拌混合,。除此之外，研究小組還希望這一技術(shù)將造福其它微型機(jī)械設(shè)計(jì),。他說(shuō)：“總的來(lái)說(shuō),，在任何需要在有限的狹小空間內(nèi)進(jìn)行機(jī)械作業(yè)的地方，他都將有用武之地,。因?yàn)橐捎脗鹘y(tǒng)工藝制作那么小的馬達(dá)是很困難的,。”他還認(rèn)為這種技術(shù)可以被應(yīng)用于消費(fèi)電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)中,，如用來(lái)制作手機(jī)的變焦鏡頭。
但是研究人員表示,，這種技術(shù)或許還有更加重要的用途,，那就是發(fā)展納米機(jī)器人技術(shù)，用于幫助體內(nèi)給藥,，去除寄生蟲(chóng),，以及對(duì)抗癌癥。在現(xiàn)階段,，開(kāi)發(fā)納米機(jī)器人的最大障礙在于如何實(shí)現(xiàn)讓機(jī)器人在人體血液內(nèi)驅(qū)動(dòng)的問(wèn)題,。斯賓克斯表示這種新型肌肉組織材料將幫助解決這一重要難題：它可以模擬細(xì)菌使用其后部鞭毛推進(jìn)的方式實(shí)現(xiàn)納米機(jī)器人在人體血液中的驅(qū)動(dòng)。
目前,，科學(xué)家們正在研究如何利用相關(guān)材料幫助進(jìn)行復(fù)雜的人工耳蝸植入手術(shù),。這種精密的裝置必須被安裝在一個(gè)非常狹小的空間內(nèi)，其中涉及許多精密脆弱的瓣膜結(jié)構(gòu),。斯賓克斯表示他們小組的長(zhǎng)期研究目標(biāo)是開(kāi)發(fā)一種特殊的“可穿著裝置”,，來(lái)幫助人體運(yùn)動(dòng)。他們同時(shí)還在開(kāi)發(fā)一種獨(dú)特的“袖管”,，它可以幫助人體運(yùn)動(dòng),，或者幫人體按摩。
而對(duì)于公眾普遍關(guān)心的安全問(wèn)題,，斯賓克斯教授說(shuō)：這個(gè)問(wèn)題暫時(shí)還未納入考慮范圍,。他說(shuō)：“當(dāng)然我們還有很多工作要去做，就像其它許多化學(xué)產(chǎn)品一樣,，我們還需要大量的工作才能確定這種材料是否是安全的,，或者在何種情況下是安全的。”
