Юный техник, 2008 № 11 - Журнал «Юный техник»

Так работают резиновые «мускулы»:

1 — стержнеобразные группы, придающие материалу форму; 2 — светочувствительные азо-красители; 3 — полимерная цепь; 4 — светочувствительный мускул, реагирующий на свет, а не на электрический ток.

Пластификаторы действуют подобно смазке. В результате цепи полимеров легче скользят друг относительно друга. Увеличение интенсивности ультрафиолетового излучения также уменьшает время сокращения.

«Расслабить», или вернуть искусственный мускул в исходное состояние, можно двумя способами. В темноте изогнутые молекулы постепенно распрямляются — происходит выравнивание стержней в течение нескольких часов. Однако можно выпрямить молекулы и быстро, если облучить их импульсом ультрафиолета с длиной волны 450 нанометров.

Исследователи выяснили, что величина сокращения светочувствительных мускулов может составлять от 20 до 75 % от их первоначальной длины. Уже этого достаточно, чтобы создать на основе светочувствительной резины устройство для управления микрохирургическими зажимами и пинцетами. А в будущем, при дальнейшем усовершенствовании светочувствительных полимеров, на их основе можно будет конструировать и новое поколение роботов-андроидов.

Публикацию подготовил С. СЛАВИН

С ПОЛКИ АРХИВАРИУСА

Охота за молнией

Мы живем и замечаем, что между Землей и верхними слоями атмосферы потенциал около полумиллиона вольт. Воздух — хороший изолятор. Он пропускает ничтожно малый ток, и это позволяет нам не ощущать, что мы живем между обкладками гигантского конденсатора. Но использовать эту фантастически большую энергию человечество пытается уже давно.

И в XIX, и в начале XX века предпринимались попытки получить электричество из воздуха в промышленных масштабах. Так, в середине XIX века электричество из атмосферы получали американцы Лумис и Уард. Мелон Лумис успешно использовал атмосферное электричество для питания длинных, в сотни миль, телеграфных линий и для первых опытов по беспроводной связи. Но атмосферное электричество не отличается постоянством и зависит от погоды. С появлением более удобных источников электроэнергии — динамо-машин и гальванических элементов — эти опыты были остановлены. И все же одним из результатов работ того времени мы пользуемся почти каждый день. Это свинцовый аккумулятор.

Изначально французский изобретатель Гастон Планте создал его для накопления атмосферного электричества, но высоким напряжением атмосферного электричества заряжать аккумуляторы оказалось невозможно.

В 1898 г. немецкий инженер Генрих Рудольф предложил интересную конструкцию привязного аэростата. Он должен был иметь форму эллипсоида, покрытие из металлизированной ткани и легкую металлическую раму для сбора атмосферного электричества. На землю оно передавалось по металлическому тросу, удерживающему аэростат.

Аэростат этот не был построен. Поэтому лидером в этой области можно считать Германа Плаусона, эстонца по происхождению, жившего и работавшего в Германии и Швейцарии. Он провел эксперименты с аэростатами, изготовленными из тонких листов магниево-алюминиевого сплава, покрытых очень острыми, электролитическим способом изготовленными иглами. Иглы могли содержать также примесь радия, чтобы увеличить местную ионизацию воздуха.

В то время еще плохо знали о радиоактивной опасности и широко использовали, например, часы со стрелками, покрашенными радиоактивными составами и светящимися в темноте. Поверхность аэростата также красили цинковой амальгамой, которая в солнечную погоду давала дополнительный ток вследствие фотоэффекта.

Плаусон получил мощность 0,72 кВт от одного аэростата и 3,4 кВт от двух, поднятых на высоту всего лишь 300 м. На свои устройства он в 1920-х годах получил патенты США, Великобритании и Германии. Его книга «Gewinnung und Verwertung der atmosphaerischen Elektrizitaet» («Получение и применение атмосферного электричества») содержит детальное описание всей технологии.

Десятки и сотни таких аэростатов-электростанций Плаусон мечтал увидеть в небе.

Устройства для сбора электричества из атмосферы, как правило, дают высокое напряжение при весьма малом токе, поэтому необходимы преобразующие устройства для получения низкого напряжения при значительном токе. Это может сделать трансформатор, но он работает только на переменном токе, а ток из атмосферы — постоянный. Способ преобразования высокого постоянного напряжения в низкое переменное предложил еще Никола Тесла в 1890-х годах.

Идея сводилась к зарядке конденсатора и разряду его через искровой промежуток на катушку с большим числом витков. Разряд носил колебательный характер, а катушка могла быть обмоткой понижающего трансформатора. Эту идею и развил Плаусон. В своем патенте он начинает с пояснения, как можно понизить напряжение обычной электростатической машины (см. Fig. 1 на рисунке справа).

От коллекторов (щеток) машины заряжаются имеющиеся в ней лейденские банки (конденсаторы) 5 и 6. Когда между шарами разрядника 7 и 8 проскакивает искра, замыкается цепь колебательного контура, образованного конденсаторами и катушкой 9. Тогда в катушке 10 со значительно меньшим числом витков индуцируется значительный ток при низком напряжении, и к выводам 11 и 12 можно подключить лампочку накаливания или электромотор.

Так и сделано в конвертере атмосферного электричества Плаусона (Fig. 2 на том же рис.). Разрядники al, bl, cl нужны для безопасности. Они замыкают антенну 1 на землю при близком разряде молнии. В обычной же работе конвертера они не участвуют, а действует основной разрядник 7. Любопытно, что на этом рисунке показана метелочная антенна, содержащая пучок острых игл. С тех пор на радиосхемах любую антенну изображают именно так, совершенно позабыв о ее первоначальном предназначении.

В заключение заметим, что описанные грандиозные устройства так и не получили широкого практического применения ввиду их громоздкости, непрактичности, а самое главное, нестабильности снимаемой мощности, которая целиком зависит от «электрической погоды» в атмосфере.

Тем не менее, сейчас вновь появляются проекты съема атмосферного электричества. Представьте: луч синего, еще лучше ультрафиолетового лазера ионизирует воздух, образуя тонкий ионизированный, а следовательно — проводящий шнур, уходящий в небо на значительную высоту.

Сообщают, что таким способом японским ученым удалось разрядить грозовое облако, вызвав молнию, ударившую вдоль луча. Сам лазер был при этом защищен мощной металлической заземленной решеткой, на которую и попал разряд. Людей рядом, конечно, не было, и лазер наводили с помощью системы дистанционного управления.

Необходимо также предупредить, что эксперименты с атмосферным электричеством опасны, особенно при грозе и в предгрозовой обстановке. Сильная электризация наблюдается также во время метели и пыльных бурь. Прямое же попадание молнии неизбежно приводит к гибели установки, а возможно— и находящихся рядом людей.

В.ПОЛЯКОВ, профессор

ВЕСТИ С ПЯТИ МАТЕРИКОВ

ВОТ ТАК ПРОГУЛЯЛСЯ!.. Тринадцать лет жизни британец Джейсон Льюис потратил на прогулку вокруг света. Он и в самом деле передвигался в основном пешком, а также на роликовых коньках и велосипеде. Водные же пространства Льюис преодолевал на лодке с педальным приводом. В итоге он вернулся домой, преодолев 74 000 км, побывав в 37 странах и переплыв два океана. А теперь размышляет: чем бы ему еще заняться?

ОРБИТАЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ спроектирована в Индии. Сотрудники Организации оборонных исследований и развития полагают, что она будет выведена в космос с помощью нового гиперзвукового самолета-носителя, разработка которого подходит к концу. Первый демонстрационный полет нового летательного аппарата намечен на конец нынешнего года.

ЗАГАДОЧНАЯ ВОДА. Эта необыкновенная жидкость все еще продолжает удивлять исследователей. Так, недавно международная группа ученых из университетов Хельсинки, Хиросимы и Стэнфорда провела рентгеновский анализ капелек воды. При этом выяснилось, что при определенных условиях обычная вода способна образовывать тетраэдрические — четырехгранные — молекулярные структуры, способные взаимодействовать между собой. Это, возможно, объясняет странности поведения этой удивительной жидкости, которые мы порой даже не замечаем, к примеру, то, что вода обладает самой большой плотностью не при нуле градусов Цельсия, а при +4°С.