Mikrosvaly tisíckrát výkonnější než lidské

Vědci pro robotickou analogii svalu použili jako základní materiál oxid vanadičitý. Tento mikromotor či, jak se obecně v oboru mikromechaniky spíše říká, mikroaktuátor, pracuje v torzním režimu. To znamená, že své výkony podává díky deformaci příslušného vlákna ve tvaru šroubovice. S jeho pomocí se vědcům povedlo odmrštit objekt padesátkrát těžší, než činila hmotnost svalu, na vzdálenost pětkrát větší, než jaká byla délka svalu. To vše se odehrálo během časového úseku pouhých 60 milisekund, takže vědci hovoří obrazně o “mikroexplozi”.

Torzní mikrosval vypadá jako dvojitá cívka, nicméně jeho úkolem není elektromagnetická indukce. Vědci vyvolali v cívce komplexní elektrotermický jev, jehož součástí je i fázová změna v materiálu cívky (tedy v oxidu vanadičitém), která vede až k prudké změně tvaru této cívky a katapultování přiloženého mikrotělíska. Vědci zde využili výjimečných vlastností oxidu vanadičitého, který je elektrickým izolátorem za pokojové teploty, avšak stává se vodičem při teplotě 67 stupňů Celsia. Krystaly oxidu vanadičitého se zároveň s takto se měnící teplotou mění i strukturálně - v jednom rozměru se smršťují, zatímco v dalších dvou rozměrech prudce expandují.

Schématické znázornění práce mikrosvalu na základě oxidu vanadičitého|foto: Lawrence Berkeley National Laboratory

Právě tato vlastnost umožňuje oxidu vanadičitému, aby se v rámci mikroinženýrství stal výkonným konvertorem energie na mechanický pohyb. Vědci vytvořili cívkový mikrokatapult tak, že na běžný křemičitý substrát nanesli bimetalický pásek ve tvaru V, tvořený oxidem vanadičitým a chromem. Pokud je pásek uvolněn ze substrátu, vytvoří jeho jedna část cívku ve tvaru šroubovice. Mikrocívka pak propojuje dvě chromové elektrody. Zahřátí cívky (například působením elektrického proudu) ji prudce změní v mikrokatapult.

Tento mikrosval může zároveň fungovat jako speciální senzor, detekující tepelné, elektrické či optické změny v okolí. Pokud vědci dají několik cívek dohromady, mohou tak vytvořit i funkční analogii nervosvalového spojení, které funguje v lidském těle. Mikrosvaly z oxidu vanadičitého navíc prokázaly, že jsou schopny vykonat milion deformačních cyklů bez patrné únavy materiálu. Úžasná je také jejich rychlost a hustota přenášeného výkonu.

Zdroje: Phys.Org, Lawrence Berkeley National Laboratory - Berkeley Lab, ExtremeTech, SciTechDaily, My Science Academy