В национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли разработан микроактуатор на основе оксида ванадия с удельной мощностью 39 киловатт на килограмм. Такое соотношение мощности к собственной массе ставит его в один ряд с самыми мощными двигателями, когда-либо построенными человеком — меньше, чем главный двигатель космического корабля Space Shuttle (153 кВт/кг), но больше чем турбореактивный двигатель Боинга 777 (10 кВт/кг). В своей «весовой категории» с новым микродвигателем могут сравниться разве что микроактуаторы на основе углеродных нанотрубок, но их предельная угловая скорость на порядок меньше.
Микродвигатель представляет собой тонкую V-образную полоску-сэндвич из хрома и диоксида ванадия, скрученную в спираль длиной в десятые доли миллиметра. При пропускании электрического тока спираль стремится развернуться, причём происходит это с огромной скоростью и силой — угловая скорость достигает 200 000 оборотов в минуту, амплитуда — от 500 до 2000 градусов на миллиметр длины. В ходе экспериментов учёные использовали микроактуатор в качестве катапульты — он смог отбросить объект в 50 раз тяжелее собственной массы на расстояние в 5 собственных длин. Актуатор очень надёжен — после миллиона сокращений никаких признаков деградации обнаружить не удалось.
Принцип действия актуатора основан на фазовом переходе, который происходит в диоксиде ванадия при температуре 68 градусов Цельсия — он сильно сокращается в одном измерении, увеличиваясь двух других. Скорость такого перехода измеряется пикосекундами, а способность производить механическую работу на два порядка выше чем у пъезокерамики, и на три порядка выше чем у мышечных волокон. Кроме изменения размеров, резко меняется и проводимость — ниже 68 градусов диоксид ванадия является диэлектриком, а выше — проводником.
Сравнение с существующими типами двигателей
На микроуровне ванадиевый актуатор может быть использован для создания миниатюрных роботов, кроме того он может действовать, как сенсор приближения — если к спирали, нагретой до температуры, слегка превышающей температуру фазового перехода, приблизить объект комнатной температуры, она охладится, и произойдет обратный переход. Если придать актуатору соответствующую форму, он будет автоматически отбрасывать слишком близкие объекты и одновременно сигнализировать об этом увеличением сопротивления. Не исключено и использование микроактуатора как строительного блока для создания искусственных мышц роботов большого размера.
Автор: ilya42
