Исследовательская группа из Гарвардского университета, работающая над созданием искусственных мускулов, в качестве демонстрации разработанных ею технологий, продемонстрировала тонкий, эластичный и полностью прозрачный динамик, изготовленный из материала с ионной электрической проводимостью. Такие «ионные» устройства в будущем могут стать основой искусственных мышц, которые станут заменой поврежденным мышцам человеческого тела или тем, что обеспечит плавность и грациозность движений различных роботов.
В электронике, которую мы используем каждый день, перенос электрического заряда осуществляется за счет движения электронов, электрического тока, который является основной движущей силой наших компьютеров, мониторов, других электрических и электронных устройств. Ионные устройства приводятся в действие не за счет движения электронов, а как не тяжело догадаться, за счет движения других заряженных частиц — ионов. По отношению к использованию движения электронов, у использования движения ионов есть целый ряд преимуществ и недостатков.
Электроны, за счет своей малой массы и размеров, движутся быстро, встречая на своем пути лишь небольшое сопротивление. Но, наличие некоторых физических ограничений означает, что для того, чтобы сделать среду для движения по ней электронов достаточно гибкой и прозрачной, потребуется прибегнуть к использованию достаточно сложных технологий, которые начали широко разрабатываться лишь в последнее время.
Проводники ионов, с другой стороны, могут изготавливаться из материалов органической природы, которые могут свободно сжиматься и растягиваться, а при условии использования в качестве ионных проводников различных гидрогелей, такие проводники могут быть столь прозрачны, как высококачественное стекло. Однако, ионы являются достаточно медленными, тяжелыми и большими частицами. Для того, чтобы они начали двигаться с высокой скоростью, к проводнику требуется прикладывать большой электрический потенциал, что в некоторых случаях может стать причиной возникновения нежелательных химических реакций в материале, приводящих к нагреву до высокой температуры и полному выходу ионного проводника из строя.
Группе ученых из Гарвардского университета, возглавляемой профессором Жигэнгом Суо (Zhigang Suo), удалось найти решение, позволяющее избежать возникновения практически всех вышеописанных проблем. Суть их решения заключается в использовании специальных частиц, расположенных на поверхности изоляционного материала, за счет которых стало возможным полное перераспределение электрического заряда за малые доли секунды. Проще говоря, благодаря этим частицам больше не стало требоваться, чтобы для переноса электрического заряда ионам приходилось проделывать весь длинный путь от одного электрода к другому. И именно такой метод быстрого переноса электрического заряда ионами позволил создать громкоговоритель, который должен колебаться с частотой несколько десятков тысяч раз в секунду.
Но, продемонстрированный учеными «ионный» динамик является только верхушкой айсберга перспективной области под названием «ионика», по аналогии с термином «электроника». В отличие от электроники, основой которой являются конструкции из различных металлов, проводники ионов и ионные приборы могут быть «биологически совместимыми», что означает, что они могут быть вживлены в тело живого организма без риска быть «переваренными» им, без риска вызвать отторжение и аллергическую реакцию.
Использование ионики не ограничивается только областью изготовления медицинских имплантатов, такие устройства можно использовать везде, где требуется получать механическую реакцию в ответ на электрическое воздействие. К примеру, экраны телевизоров, компьютеров и смартфонов могут превратиться в динамики, которые, помимо воспроизведения звука, смогут обеспечить тактильную обратную связь, окна, снабженные покрытием из искусственных ионных мускулов могут превратиться в элементы активных систем шумоподавления, сохраняющих тишину в помещениях, расположенных в самых оживленным частях современных городов, и многое, многое другое.
Конечно, изобретения, описанные в предыдущем абзаце, появятся еще не скоро, ведь технологиям ионики предстоит проделать немалый путь, прежде чем можно будет думать об их практическом применении. Тем не менее, достижение Гарвардских ученых является именно тем большим шагом, который позволит в будущем создать устройства совершенно нового класса, выполняющие действия, которые сейчас можно рассматривать не иначе, как волшебство.
Источник:
