Umělé svaly začínají dýchat

Energii dodávají zabudované palivové články. Přírodu tyto zdroje energie napodobují v několika směrech. Spotřebovává se kyslík a palivo, které je dopravováno cirkulačním systémem. Probíhá chemická reakce, uvolněná energie se mění na mechanickou práci. Část energie se spotřebovává přímo ve svalu a stejně jako u živých svalů dochází k lineárnímu smršťování. Nespotřebované produkty reakce se vyloučí, umělý sval tak v podstatě dýchá.

Palivové články, zabudované přímo do umělých svalů mají vysokou účinnost. Energie získaná na jednotku hmoty vodíku a metanolu, stejně jako tuku nebo cukru v přírodních svalech, je přibližně o dva řády větší než u baterií. Palivové články zajišťují energii pro různé roboty, aktivní lékařská zařízení, malá čerpadla, ventily a mikro- a nanozařízení, která musí pracovat autonomně.

Jako přenašeče energie pro ovládání umělých svalů působí přímo elektrody palivových článků. Autoři metody navrhují dva způsoby přeměny energie uvolněné chemickou reakcí na práci. V prvním případě se transportuje kyslík, rozpuštěný ve vodě, elektrický náboj k fólii z uhlíkových nanotrubiček za přítomnosti platinového katalyzátoru. Film z nanotrubiček se pod vlivem elektrického náboje roztahuje a způsobuje ohnutí. Ohnutí se zruší uzavřením obvodu vodíkové elektrody, která neutralizuje elektrický náboj. Druhou elektrodou obvodu je uhlíková dvojvrstva s platinovým katalyzátorem. Další navrhovaný systém využívá slitinu niklu a titanu s tvarovou pamětí. Drát z této slitiny je také pokryt platinovým katalyzátorem. Na platinové vrstvě reaguje rozpuštěný vodík s kyslíkem a vytváří se voda. Uvolněné reakční teplo indukuje ve slitině změnu fáze a mechanické zkrácení. Obě reakce jsou reverzibilní a v obou případech jde, stejně jako u živých svalů, o lineární ovladače.

Problémem je vytvoření cirkulačního systému, který by nahradil napájecí vodiče. Stejně jako v cirkulačním a dýchacím systému v lidském těle je potřeba vytvořit tlak, který vyloučí zbytkové látky, jako je voda a kysličník uhličitý. Tedy obdoba dýchání. Porovnáním s parametry měděných vodičů se ukazuje, že přímé dodávání paliva může být efektivním způsobem přenosu energie.

Jak je ale možno takové poháněcí zařízení ovládat? Nervové impulzy, které mají velmi nízkou energii, aktivují živé svaly. Analogické impulzy mohou být indukovány nanotrubičkovým poháněcím zařízením při rychlém vybití palivového článku. V tomto případě není potřeba žádných zvláštních ventilů nebo čerpadel a řídicí signál může být slabý. Tento způsob sice není vhodný ve všech případech, je to ale slibný začátek.

Myšlenka umělých svalů, které dýchají, je velmi vzrušující a přináší řadu výhod, hlavně v medicíně a v robotice. Následujícím krokem bude hledání dalších vhodných materiálů a optimalizace výrobních postupů. Podle všech předběžných ukazatelů budou ale vynaložené prostředky dobrou investicí.