Ученые разработали растяжимые волокна, которые самостоятельно перекачивали жидкость. Авторы встраивали спиральные электроды в стенки тонких эластичных трубок и подавали ток, заряжающий частицы в жидкости. Такие заряженные частицы двигались к положительному электроду, что приводило к потоку жидкости в целом. При этом волокноподобные насосы не требовали внешних насосов и работали бесшумно. Такие волокна могут вплетаться в ткани, а одежда на их основе использоваться для регулирования температуры человека в экстремальных условиях работы. Результаты исследования опубликованы в журнале Science.
Желание расширить функции одежды появилось у ученых уже давно. Так, волокна, из которых они состоят, могут быть составными частями механизмов или датчиков, накапливать или собирать энергию, и, например, помогать людям двигаться. Однако любое функциональное дополнение волокон требовало внешних громоздких устройств, которые регулировали бы их работу. В частности, использование волокон, проводящих жидкость, нуждалось в большом и шумном насосе, который почти невозможно встроить в одежду. Таким образом, разработка одежды с дополнительными функциями тормозилась неудобными внешними конструкциями.
Ученые из Федеральной политехнической школы Лозанны (Швейцария) разработали мягкий насос в виде волокна, которым легко можно дополнить одежду. Волокна самостоятельно перекачивали воду и не требовали внешних громоздких насосов. Авторы встроили спиральные электроды в стенки тонких эластичных трубок. Затем исследователи с помощью поля постоянного тока нагнетали заряд, в результате чего формировались заряженные частицы (ионы) в жидкости. Движение ионов к положительному электроду заставляло жидкость двигаться. Таким образом, движение ионов и форма электродов создавали прямой бесшумный поток жидкости без вибраций. Скорость потока приближалась к 55 мл/мин. Для работы волокон необходимы были только источник питания и батарея размером с ладонь.
Чтобы достичь уникальной структуры волокна, исследователи разработали технологию изготовления электродов. Сначала авторы скручивали медные проволоки и нити из полимеров вокруг стального стержня, а затем сплавляли их с помощью тепла. Потом ученые удаляли стержень и получали растягивающееся волокно толщиной 2 мм, которое можно вплетать в ткань.
Волоконный насос имел простую конструкцию, при этом исследователи использовали дешевые и доступные материалы. Прочные волокна можно стирать обычными моющими средствами, что делает их удобными для применения в быту. Так как насосы пропускали горячую и холодную жидкость через одежду, то такое приспособление может использоваться в экстремальных по температурам условиях труда, в терапевтических целях при воспалениях или для улучшения спортивных результатов.
Кроме того, авторы разработали искусственные мышцы, изготовленные из ткани и волоконных насосов, которые могут встраиваться в мягкие конструкции. Такие устройства могут обеспечивать мышечную поддержку и помогать пациентам двигаться. Насосы также можно использовать для расширения возможностей виртуальной реальности, в частности для имитации тепловых ощущений. Например, пользователь надевал перчатку с насосами, наполненными горячей и холодной водой, что позволяло ему чувствовать изменения температуры в ответ на контакт с виртуальным объектом.
«Мы представляем первый в мире насос в виде волокна; по сути, трубка, которая создает собственное давление и расход. Теперь мы можем вшивать наши волокноподобные насосы непосредственно в текстиль и одежду, оставляя обычные насосы позади», — рассказывают авторы исследования.
Автор: Анна Дегтярь.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
