學家近日發(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)明有望在未來幫助解決納米機器人驅(qū)動的難題。澳大利亞臥龍崗大學智能聚合材料研究院的杰夫·斯賓克斯(Geoff Spinks)教授和同事們在近日出版的一期《科學》雜志上報告了他們的這項成果,。
斯賓克斯教授說：“我們偶然間發(fā)現(xiàn)一種材料,，當向其施加一定的電壓時，會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動,。通過研究,，我們發(fā)現(xiàn)它的性能特征在自然界中存在一些類似物，如大象的鼻子,，蜥蜴的舌頭,，甚至細菌的鞭毛。”
大約5年前,，美國德州大學納米技術研究院的科學家們開始嘗試使用碳納米管(CNTs)制造所謂的“導電性智能紡織物”,。碳納米管是一種碳原子構(gòu)成的中空管狀物。斯賓克斯說：“他們試圖研制一種多功能紡織物，這種紡織物可以充當電池,，充當天線,，甚至可以具備防彈功能。”
科學小組成員賈瓦德·弗羅基(Javad Foroughi)當時正在用一小段碳納米纖維進行實驗,，他突然發(fā)現(xiàn)當這種材料浸沒于電解質(zhì)中時,，如果對其施加一個電壓，材料會發(fā)生旋轉(zhuǎn),。而如果將電壓反轉(zhuǎn),，材料的旋轉(zhuǎn)方向也會跟著反轉(zhuǎn)。
自然界中的螺旋形肌肉組織,，如章魚的觸手,，內(nèi)部都擁有一套螺旋形纏繞的纖維組織，它們可以圍繞一個位于中央部位不可壓縮的軸心進行壓縮并以此實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)動作,。相比之下,，這種螺旋形碳納米纖維的旋轉(zhuǎn)動作則是由于當施加電壓場時，材料會吸收更多電解質(zhì),，因此產(chǎn)生了一種推動力,。
盡管也有其它材料顯示出類似的特性，但是這種碳納米管材料是到目前為止發(fā)現(xiàn)的旋轉(zhuǎn)效應最明顯的一種,。這種“碳納米管紗線”每分鐘可以轉(zhuǎn)動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：“你所用材料的螺旋線長度越長,，旋轉(zhuǎn)的次數(shù)也就會越多,。”
廣泛的應用前景
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槳葉式攪拌機,，可用于進行液體的攪拌混合,。除此之外，研究小組還希望這一技術將造福其它微型機械設計,。他說：“總的來說,，在任何需要在有限的狹小空間內(nèi)進行機械作業(yè)的地方，他都將有用武之地,。因為要采用傳統(tǒng)工藝制作那么小的馬達是很困難的,。”他還認為這種技術可以被應用于消費電子產(chǎn)品設計中，如用來制作手機的變焦鏡頭,。
但是研究人員表示,，這種技術或許還有更加重要的用途，那就是發(fā)展納米機器人技術,，用于幫助體內(nèi)給藥,，去除寄生蟲,，以及對抗癌癥。在現(xiàn)階段,，開發(fā)納米機器人的最大障礙在于如何實現(xiàn)讓機器人在人體血液內(nèi)驅(qū)動的問題,。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：它可以模擬細菌使用其后部鞭毛推進的方式實現(xiàn)納米機器人在人體血液中的驅(qū)動。
目前,，科學家們正在研究如何利用相關材料幫助進行復雜的人工耳蝸植入手術,。這種精密的裝置必須被安裝在一個非常狹小的空間內(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期研究目標是開發(fā)一種特殊的“可穿著裝置”,，來幫助人體運動。他們同時還在開發(fā)一種獨特的“袖管”,，它可以幫助人體運動,，或者幫人體按摩。
而對于公眾普遍關心的安全問題,，斯賓克斯教授說：這個問題暫時還未納入考慮范圍,。他說：“當然我們還有很多工作要去做，就像其它許多化學產(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：“我們偶然間發(fā)現(xiàn)一種材料,，當向其施加一定的電壓時，會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動,。通過研究,，我們發(fā)現(xiàn)它的性能特征在自然界中存在一些類似物，如大象的鼻子,，蜥蜴的舌頭,，甚至細菌的鞭毛。”
大約5年前,，美國德州大學納米技術研究院的科學家們開始嘗試使用碳納米管(CNTs)制造所謂的“導電性智能紡織物”,。碳納米管是一種碳原子構(gòu)成的中空管狀物。斯賓克斯說：“他們試圖研制一種多功能紡織物，這種紡織物可以充當電池,，充當天線,，甚至可以具備防彈功能。”
科學小組成員賈瓦德·弗羅基(Javad Foroughi)當時正在用一小段碳納米纖維進行實驗,，他突然發(fā)現(xiàn)當這種材料浸沒于電解質(zhì)中時,，如果對其施加一個電壓，材料會發(fā)生旋轉(zhuǎn),。而如果將電壓反轉(zhuǎn),，材料的旋轉(zhuǎn)方向也會跟著反轉(zhuǎn)。
自然界中的螺旋形肌肉組織,，如章魚的觸手,，內(nèi)部都擁有一套螺旋形纏繞的纖維組織，它們可以圍繞一個位于中央部位不可壓縮的軸心進行壓縮并以此實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)動作,。相比之下,，這種螺旋形碳納米纖維的旋轉(zhuǎn)動作則是由于當施加電壓場時，材料會吸收更多電解質(zhì),，因此產(chǎn)生了一種推動力,。
盡管也有其它材料顯示出類似的特性，但是這種碳納米管材料是到目前為止發(fā)現(xiàn)的旋轉(zhuǎn)效應最明顯的一種,。這種“碳納米管紗線”每分鐘可以轉(zhuǎn)動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：“你所用材料的螺旋線長度越長,，旋轉(zhuǎn)的次數(shù)也就會越多,。”
廣泛的應用前景
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槳葉式攪拌機,，可用于進行液體的攪拌混合,。除此之外，研究小組還希望這一技術將造福其它微型機械設計,。他說：“總的來說,，在任何需要在有限的狹小空間內(nèi)進行機械作業(yè)的地方，他都將有用武之地,。因為要采用傳統(tǒng)工藝制作那么小的馬達是很困難的,。”他還認為這種技術可以被應用于消費電子產(chǎn)品設計中，如用來制作手機的變焦鏡頭,。
但是研究人員表示,，這種技術或許還有更加重要的用途，那就是發(fā)展納米機器人技術,，用于幫助體內(nèi)給藥,，去除寄生蟲,，以及對抗癌癥。在現(xiàn)階段,，開發(fā)納米機器人的最大障礙在于如何實現(xiàn)讓機器人在人體血液內(nèi)驅(qū)動的問題,。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：它可以模擬細菌使用其后部鞭毛推進的方式實現(xiàn)納米機器人在人體血液中的驅(qū)動。
目前,，科學家們正在研究如何利用相關材料幫助進行復雜的人工耳蝸植入手術,。這種精密的裝置必須被安裝在一個非常狹小的空間內(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期研究目標是開發(fā)一種特殊的“可穿著裝置”,，來幫助人體運動。他們同時還在開發(fā)一種獨特的“袖管”,，它可以幫助人體運動,，或者幫人體按摩。
而對于公眾普遍關心的安全問題,，斯賓克斯教授說：這個問題暫時還未納入考慮范圍,。他說：“當然我們還有很多工作要去做，就像其它許多化學產(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。”
