بخشی از مقاله
توسعه تكنولوژي هوشمند براي منسوجات و پوشاك
1- مقدمه
از قرن نوزدهم ، تغييرات تحول گونه با سرعتي غير قابل انتظار در بسياري از حوزه هاي علم و تكنولوژي صورت گرفته است كه اثرات عميقي بر زندگي بشر گذاشته است. اختراع چيپ هاي الكترونيكي، رايانه‌ها، اينترنت، كشف و تكميل نقشه ژنوم انساني و بسياري موارد ديگر كل جهان را تغيير داده است قرن گذشته پيشرفت هاي فوق العاده اي نيز دز صنعت منسوجات و پوشاك بوجود آورده كه داراي تاريخ چندهزار ساله است.
شالوده هاي اساسي درك علوم طراحي شده است تا راهنماي كاربرد بهينه و پردازش تكنولوژي الياف طبيعي و توليد الياف سنتزي باشد. ما چيزيهاي زيادي از طبيعت آموخته‌ايم. رايون ويسكوز، نايلون، پلي استر و ساير الياف سنتزي در ابتدا براساس تقليد از همتاهاي طبيعي آنها ابداع گرديد. اين تكنولوژي به گونه اي پيشرفت كرده است كه الياف سنتزي و محصولات آنها در بسياري از جنبه ها از آنها فراتر رفته است.
روش هاي بيولوژيكي براي سنتز كردن پليمرها يا منسوجات بيانگر يك روش دوستانه محيط زيستي و انعطاف پذير براي بكارگيري منابع طبيعي است. طراحي و پردازش به كمك رايانه ها ، اتوماسيون با كنترل راه دور متمركز يا پراكنده و سيستم هاي مديريت تأمين زنجيره اي متمركز اينترنت محور بيش از پيش مشتري ها را به ابتداي زنجيره نزديك مي‌كند.
با نگاه به جلو درمي‌يابيم كه در آينده اين وضعيت بيشتر هم خواهد شد. در نتيجه توسعه هاي بعد ما بايد انتظار چه ظرفيت هاي جديدي را داشته باشيم؟ اين ظرفيت ها حداقل بايد شامل مقياس نانو، پيچيديگ، شناخت و كل گرايي باشد. توانايي جديد مقياس ترا سه درجه اهميت را علاوه بر هدف كلي حاضر و ت وانايي هاي محاسباتي قابل دسترسي كلي به ما مي دهد. در يك زمان كوتاه ما به ميليون ها سيستم و بيليون ها اطلاعات موجود در اينترنت متصل خواهيم شد. تكنولوژي هايي كه امكان بيش از يك تريليون عمل در ثانيه را مي دهند
در دستور كار پژوهش است. تكنولوژي در مقياس نانو سه درجه اهميت پايين تر از اندازه بيشتر ابزار انسان ساخته امروزي را به ما مي دهد. اين تكنولوژي به ما امكان مي دهد تا اتم ها و مولكول ها را به گونه اي كم هزينه و با بيشترين روشهاي ممكن از نظر قوانين فيزيكي چينش كنيم. اين تكنولوژي به ما اجازه مي دهد تا ابررايانه هايي بسازيم كه روي سر يك الياف و دسته اي از نانوروبوت هاي پزشكي كوچكتر از يك سلول انسان قرار بگيرد تا سرطانها، عفونت ها ، شريانهاي مسدود شده و حتي سن پيري را درمان كند. توليد مولكولي دقيقا مشخص مي كند كه چه چيزي بايد ساخته شود و هيچ ماده آلوده كننده‌اي توليد نمي‌گردد.
ما در اين دوره هيجان انگيز زندگي مي كنيم و تأثيرات بزرگ تكنولوژي بر صنعت نساجي و پوشاك سنتي كه داراي يك چنين تاريخ طولاني است حس مي كنيم. به لحاظ سنتي بسياري از حوزه هاي علم و مهندسي تفكيك و متمايز شده اند. اخيراً حركت قابل توجه و همگرايي بين اين حوزه هاي تلاشگري صورت گرفته و نتايج آن خيره كننده بوده است. تكنولوژي اسمارت براي مواد اوليه و ساختارها يكي از اين نتايج است.
ساختارها و مواد هوشمند چه هستند؟ در طبيعت مثال هاي زيادي از ساختارهاي هوشمند وجود دارد. يك موجود زنده تك سلولي ساده ميتواند مباني موضوع را روشن كند. همانگونه كه در شكل 1-1 نشان داده شده شرايط متنوع زيست محيطي يا محرك ها روي لايه بيروني عمل مي كنند. اين شرايط با محرك ها ممكن است به شكل نيرو، درجه حرارت، تشعشع ، واكنش هاي شيميايي و ميدانهاي مغناطيسي و الكتريكي باشد.
حسگرهاي موجود در لايه بيروني اين اثرات شناسايي مي كند و اطلاعات حاصله براي تفسير و پردازش سيگنال به نقطه اي متصل مي شود. كه در آن سلول نسبت به اين شرايط زيست محيطي يا محرك ها به روشهاي متعددي مانند حركت، تغيير تركيب شيميايي و كنش هاي باز توليدي، واكنش نشان مي دهد. طبيعت بيليون ها سال و يك آزمايشگاه وسيع در اختيار داشته تا زندگي را توسعه دهد، در حاليكه نوع انساني تازه شروع به خلق ساختارها و مواد هوشمند كرده است.
ساختارها و مواد هوشمند را ميتوان به صورت مواد و ساختارهايي تعريف كرد كه محركها يا شرايط محيطي، مانند آنچه از منابع مكانيكي، گرمايي، شيميايي، الكتريكي، مغناطيسي يا ساير منابع حاصل ميشود، را حس كرده و نسبت به آن واكنش نشان مي‌دهد. بر طبق حالت واكنش ميتوان آنها را به مواد هوشمند منفعل ، هوشمند فعال و بسيار هوشمند تقسيم كرد. مواد هوشمند منفعل فقط ميتوانند شرايط محيطي يا محرك ها را حس كنند؛ مواد خيلي هوشمند خودشان مي توانند حس كرده، واكنش نشان دهند و سازگار شوند. حتي سطح بالاتري از هوش را ميتوان از ساختارها و مواد هوشمند كسب كرد كه قادرند پاسخ داده يا براي اجراي يك عمل در يك حالت دستي يا از پيش برنامه ريزي شده فعال شوند.
در اينگونه مواد سه جزء ممكن است وجود داشته باشد: حس گرها، محرك ها و واحدهاي كنترل. حسگرها يك سيستم عصبي را براي شناسايي سيگنال ها تأمين مي كنند. بنابراين در يك ماده هوشمند منفعل، وجود حسگرها ضروري است. محرك ها به طور مستقيم از يك واحد كنترل روي سيگنال هاي شناسايي شده كار مي كنند. آنها نيز به همراه حسگرها عناصر ضروري براي مواد هوشمند فعال مي‌باشند. حتي در سطوح بالاتر، همانند مواد هوشمند يا خيلي هوشمند، نوع ديگري از واحد ضروري است، كه همانند مغز از طريق شناخت، استدلال و فعال سازي ظرفيت ها عمل مي كند. اينگونه ساختارها و مواد منسوج در نتيجه تركيب موفق تكنولوژي پوشاك و منسوجات سنتي با علم مواد، مكانيك هاي ساختاري، حسگرها و تكنولوژي محرك ها، تكنولوژي پردازش پيشرفته، ارتباطات، هوش مصنوعي، بيولوژي و غيره، درحال تبدبل شدن به يك امر ممكن است.
2- توسعه تكنولوژي هوشمند براي منسوجات و پوشاك
ما هميشه تحريك شده ايم كه به منظور خلق مواد پوشاك خود كه داراي سطوح بالاتري از كاركرد هوشمندي باشند از طبيعت تقليد كنيم. توسعه ميكروفيبرها (ريزالياف ها) مثال خوبي است كه ابتدا از مطالعه و تقليد ابريشم آغاز مي‌گردد، سپس با ايجاد محصولات دقيق تر و از بسياري جهات بهتر ادامه مي‌يابد.
اما تا به حال بيشتر منسوجات و پوشاك بيجان بوده اند. اين موضوع جالب است كه پوشاكي مانند پوست خود داشته باشيم كه يك لايه از ماده هوشمند است. پوست داراي حسگرهايي است كه فشار، درد، دما و ... را شناسايي مي كد. اين پوست به همراه مغز ما ميتواند به صورت هوشمند با محركهايي محيطي برخورد كند. پوست مقدار زيادي تعريق انجام مي دهد تا بدن را هنگامي كه داغ است خنك كند و هنگاميكه سرد است گردش خون را تحريك مي‌نمايد. پوست هنگامي كه در معرض نور خورشيد قرار گيرد (مدت زياد) ،
رنگ خود را تغيير مي دهد تا از بدن ما محافظت كند. پوست نفوذپذير است و اجازه مي دهد رطوبت به داخل نفوذ كند و در عين حال از ورود مواد ناخواسته جلوگيري مي‌نمايد. پوست ميتواند پوست اندازي كرده و خود را بازسازي نمايد. پس مطالعه در مورد ساخت يك ماده هوشمند مانند پوست يك مقوله بسيار چالش دار است.
در دهه قبل، پژوهش و بررسي درباره ساختارها و مواد هوشمند به ايجاد گستره وسيعي از محصولات هوشمند جديد در هوا فضا، حمل و نقل، ارتباطات راه دور، خانه ها، ساختمانها و فوق ساختارها منجر شد. اگر چه اين تكنولوژي بطور كلي جديد است اما بعضي عرصه ها به مرحله‌اي رسيده اند كه كاربرد صنعتي براي منسوجات و پوشاك هم امكانپذير است و هم ماندني.
بسياري از كاربردهاي مهيج نمايش جهاني داشته است. پارچه ها و الياف توليد كننده و نگهدارنده گرما كه از برنامه فضايي توسعه يافت. اكنون در لباس اسكي، كفش، كلاههاي محافظ ورزشي و ابزارهاي عايق كاري مورد استفاده قرار گرفته است. از منسوجات و اجزاي مركب به همراه حسگرهاي فيبر نوري براي نظارت بر سلامت پل ها و ساختمانها مورد استفاده قرار مي‌گيرد. اولين نسل مادربوردهاي پوشيدني توليد شده است كه داراي حسگرهايي درون لباس بوده و قادر به شناسايي زخم و اطلاعات سلامت فرد مي‌باشد
و اين اطلاعات را از راه دور به بيمارستان منتقل مي كند. از پليمرهاي حافظه شكل براي منسوجات به شكل الياف، فيلم و فوم استفاده شده است كه نتيجه آن گستره اي از لباس ها و پارچه هاي داراي عملكرد بالا به ويژه لباسهاي مربوط به دريا مي باشد. حسگرهاي الياف كه توانايي اندازه گيري دما، كشش و فشار، گاز، گونه هاي بيولوژيكي و بو را دارند، الياف هوشمندي هستند كه ميتوان از آنها مستقيماً در منسوجات استفاده كرد.
محركهاي پليمر محور رسانا به سطوح خيلي بالايي از چگالي انرژي دست يافته اند. پوشاكي كه خود داراي احساس و مغز باشد، مانند كفش ها و باراني هايي كه داراي سيستم موقعيت ياب جهاني (GPS) و تكنولوژي تلفن همراه هستند ميتوانند موقعيت فرد را به او داده و جهت را برايش مشخص كنند. ارگانها و بافتهاي بيولوژيكي ، مانند گوش و بيني را ميتوان از كالبدهاي منسوج كه از الياف زيست تجزيه پذير ساخته شده، پرورش داد. منسوجات تركيب شده با نانو مواد مي تواند از ظرفيت جذب خيلي زياد انرژي و ديگر تابع ها مانند آزمايش نمونه، مقاومت جذب، تابش نور و غيره بهره ببرد.
چالش هايي كه پيش روي ما قرار دارد، مانند پژوهش و توسعه تكنولوژي هوشمند و سازگاري آن با صنايع وابسته بكار تيمي چند وجهي، كه مرز انضباطهاي سنتي در آن نامشخص مي شود با چنان سرعت زيادي رخ مي دهد كه قبلا ديده نشده است. بعضي از عرصه هاي پژوهش را ميتوان به صورت زير گروه بندي كرد.
براي حسگر ها / محرك ها
- مواد حساس به نور - غشاء / پوشش هوشمند
- الياف نوري - پليمرهاي حساس به مواد شيميايي
- پليمرهاي رسانا - مواد حساس به اعمال مكانيكي
- مواد حساس به گرما - ميكروكپسول ها
- مواد نانو و ميكرو
براي انتقال، پردازش و كنترل سيگنال
- شبكه عصبي و سيستم هاي كنترلي
- نظريه شناخت و سيستم هاي آن
براي فرايندها و محصولات مجتمع
- مواد الكترونيك و فوتونيك قابل پوشيدن
- ساختارهاي حساس و انطباقي
- بيوميمتيك ها (تقليد كننده هاي زيستي)
- پردازشگري زيستي
- مهندسي بافت
- رهاسازي دارو / مواد شيميايي
فعاليتهاي مربوط به پژوهش و توسعه با گستره اي جهاني هم در مؤسسات پژوهشي آكادميك و هم در شركتها صورت گرفته است. تيم هاي پژوهشي در آمريكاي شمالي، كشورهاي اروپايي و آسيايي بطور فعال كار انجام داده اند كه نتايج قابل توجهي به شكل محصولات تجاري يا انتشارات پژوهشي به دست آمده است.
3-رئوس مطالب
هدف اين مجموعه ويرايش شده، كه يك بازبيني و بررسي آخرين توسعه هاي تكنولوژي هوشمند مربوط به منسوجات و پوشاك است. مخاطبين اين ؟؟ دانشگاهيان، پژوهشگران ، طراحان، مهندسان عرصه توسعه محصولات منسوج و پوشاك و فارغ التحصيلان و دانشجويان كالج ها و دانشگاهها مي‌باشند.
همچنين اين مجموعه ميتواند آخرين بينش هاي مربوط به توسعه تكنولوژيك را به مديران شركتهاي منسوجات و پوشاك بدهد.
اين مطالب با مشاركت هيئتي از كارشناسان بين المللي در اين زمينه تهيه شده و بسياري از جنبه‌هاي توسعه و پژوهش را پوشش مي‌دهد. تحقيق متشكل از 17 فصل مي باشد كه ميتوان آن را به چهار بخش تقسيم كرد. بخش اول (فصل 1) اطلاعات زمينه‌اي مربوط به تكنولوژي هوشمند براي منسوجات و پوشاك و خلاصه اي از مرور بر توليدات و ساختار پروژه را به دست مي دهد. بخش دوم شامل موضوعات مربوط به الياف يا مواد است
كه از فصل 2 تا 3 مي‌باشد. فصل 2 به موضوعات مربوط به مواد پليمري فعال شونده به وسيله برق و كاربردهاي الاستومرها و ژل پليمر غيريوني براي ماهيچه هاي مصنوعي مي‌پردازد. فصل 3 و مربوط به پارچه ها و الياف حساس به گرما است.
در بخش سوم تمركز بر فرايندهاي مجتمع سازي و ساختارهاي مجتمع است و خود شامل فصلهاي ديگر است. فصل 4 مروري بر توليد و جريان هاي كليدي تركيبات هوشمند فيبر نوري است. فصل 5 بيان كننده غشاءهاي فيبرتوخالي براي جداسازي گاز است. فصل 6 قلاب دوزي را به عنوان يك روش مجتمع سازي اجزاء تشكيل دهنده فيبر در ساختارهاي منسوج توصيف مي كند.
بخش چهارم روي كاربردهاي زيست شناختي تمركز دارد. فصل 7 فرآيندهاي زيست شناختي مختلف براي پوشاك و منسوجات هوشمند را توضيح مي دهد. ما فقط بخش كوچكي از تكنولوژي ظهور را از طريق پنجره اين تحقيق ديده ايم . امكانپذيري هاي ارائه شده بوسيله اين تكنولوژي هوشمند بسيار زياد گسترده است. حتي در حاليكه كتاب در حال آماده شدن بود، بسياري از پيشرفت هاي جديد از سراسر جهان جمع آوري گرديده است. ما اميدواريم كه اين تحقيق بتواند به پژوهشگران و طراحان پوشاك و منسوجات الياف هوشمند در آينده جهت واقعيت بخشيدن به رؤياهايشان ، كمك كننده باشد.
1- مقدمه
تلاش هاي زيادي براي كاربردي كردن مواد پليمري كه مواد «هوشمند» ناميده ميشوند صورت گرفته است ( شكل 1-2) . ماهيچه مصنوعي يا محرك هوشمند يكي از اهداف اينگونه تلاش ها است. از لحاظ تاريخي مواد محرك اساساً در تكريبات غير آلي مورد بررسي قرار گرفته است. بطور خاص، ماشه هاي بكار رفته براي تحريك، معمولاً در يك حوزه كاربردي الكتريكي مورد بررسي قرار گرفته اند كه علت آن سهولت كنترل مي‌باشد. مواد پليمري بررسي شده از اين منظور خيلي محدود بوده و براي ايجاد كشش خيلي كوچكتر از مواد غيرآلي مي باشد.
از سوي ديگر، مواد پليمري مانند ژل هاي پليمر معلوم شده كه كشش هاي بسيارزيادي را ماشه هاي مختلف مانند تبديل حلال، پرش PH ، پرش دما و غيره ايجاد مي كند، اگر چه كه واكنش و دوام نسبتاً ضعيف تر هستند و از آنها در محرك هاي عملي استفاده نشده است.
در زمينه مهندسي مكانيك، توسعه فرايند براده برداري ميكرو با نيازمندي هاي تكنولوژي هاي ساخت ميكرو و مونتاژ ابزار ميكرو مواجه است و انتظارات زيادي از ظهور مواد هوشمند مي رود كه بتواند فرايند ساخت و توليد ميكرو را تا حد زيادي ساده كند.
تحت اين شرايط، محرك ژل پليمر بعنوان يكي از محتمل ترين كانديداها بعنوان يك ماده ماهيچه مانند بيولوژيكي نرم با تغيير شكل زياد عليرغم دوام كم آن است. پژوهشهاي زيادي روي مواد جامد سخت بعنوان محرك مانند پلي (وينيليدن فلورايد) (PVDF) صورت گرفته كه يك پليمر پيزو الكتريك شناخته شده است و ساختارهاي كريستال نقش بحراني براي تحريك بازي مي كند و كشش القايي در مقايسه با ماهيچه هاي مصنوعي ژل كه در فصل بعد توضيح داده خواهد شد، بسيار كوچك است اگر چه PVDF ، ساختار كريستال الكتريكي در آن نياز دارد، موادي كه در اين قسمت مورد بحث قرار مي گيرند به چنين محدوديت هايي نياز ندارد.
تحريك القايي الكتريكي رسمي بيشتر روي ژل هاي پليمري يوني صورت گرفته است. علت اين است كه گونه هاي يوني نسبت به ميدان الكتريكي بسيار حساس مي باشند. ژل هاي يوني اثبات شده كه موادي فوق العاده محرك و الكترواكتيو هستند
اما ما تحريك الكتريكي ژل پليمري غيريوني يا الاستومتر را آزمايش كرديم چرا براي تحريك الكتريكي بايد از ژل پليمري غير يوني استفاده شود؟ زيرا ژل پليمري غيريوني در صورتيكه بوسيله يك ميدان الكتريكي تحريك شود نسبت به ژل پليمري يوني به جهات متعدد برتر است. در مواد ژل الكتريكي، الكتروليز معمولاً روي الكترودها اجتناب ناپذير است، و همراه با يك جريان الكتريكي زياد و توليد گرما همراه است. بعبارت ديگر مصرف الكتروشيميايي اجتناب ناپذير است، اگر چه كه اين واقعيت در بيشتر مقالات مورد توجه قرار نگرفته است. در ژل هاي پليمري غيريوني هيچ فرايندي مانند اين محسوب نشده است و اين به دوام خوب مواد منجر مي شود. علاوه بر اين مزيت ها دامنه تغيير شكل و سرعت واكنش نيز بسيار سريع تر ms10 درجه و بزرگتر بيش از 100% از همين مواد براي ژل هاي پلي الكتروليت است.
مفهوم مكانيسم ساده است و ميتوان از آن براي مواد پليمري رسمي شامل موادي كه بطور رايج در صنايع نساجي و الياف بكار مي رود، استفاده كرد. اين مفهوم همچنين براي الاستومترهاي غيريوني كه حاوي هيچ حلالي نيستند هم قابل استفاده است. روشي كه ما بيان كرديم يك راه مطمئن براي توليد ماهيچه مصنوعي در آينده است. مفاهيم متعددي كه بوسيله ساير پژوهشگران ارائه شده و بطور موفقيت آميز براي ژل هاي محرك بكار رفته نيز در مقايسه با روش ما معرفي شده است.
2- مواد پليمري بعنوان محرك ها يا ماهيچه مصنوعي
ژل پليمري يك ماده پليمري الكترواكتيو است. انواع مختلف مواد پليمري الكترواكتيو وجود دارد. همانگونه كه در بخش بالا ذكر شد، پلي الكتروليت يكي از آنها است و بعنوان يك ژل الكترواكتيو بيشتر مورد بررسي قرار گرفته است. ما در بخش بعد به تفصيل بيشتري در مورد اين ماده بحث خواهيم كرد.
مواد پليمر فروالكتريك مانند PVDF يا مشتقات آن ذكر شده اند، چون آنها نيز مانند مواد فروالكتريك رفتار مي كنند (شكل 2-2) . آنها داراي خاصيت كريستالي هستند و كريستال ها از طريق كنترل روش آمادگي پلي مورفيزم را نشان مي دهند، كارهاي بسيار بيشتري روي خواص پيروالكتريك و يا پيزوالكتريك صورت گرفته است كه همراه با خواص آنها به عنوان محرك هاي الكترواكتيو مي باشد اين مواد از مدتها قبل بعنوان پليمرهاي نوعي الكترواكتيو محسوب شده بودند. بوسيله اين مواد ميتوان نتيجه گرفت كه كشش القايي به مواد پليمر زياد نيست. معلوم شده كه ضريب الكترو استريكتيو براي پليمرها كم است. اينها پليمرهاي غير يوني هستند و كشش القايي از جهت گيري مجدد يا تغيير شكل كريستال هاي پلاريزه در مواد جامد نشأت مي‌گيرد.
نوع ديگري از پليمر اكتيو الكتريكي وجود دارد كه به پليمر الكترو كانداكتيو معروف است كه در آن زنجيره هاي پليمر شامل پيوندهاي دوگانه بلند مي باشد و اين ساختار شيميايي خواص الكتروكانداكتيو را به پليمرها مي‌افزايد. در اين موارد، تغيير شكل القايي الكتريكي، فرض بر اين است كه از واكنش هاي الكتروشيميايي مانند اكسيداسيون و كاهش زنجيره پليمر نشأت گرفته است. براي تغيير شكل، بعضي افزودني ها مانند افزوده هايي كه براي تحريك مؤثر و ضروري هستند شناخته شده است. بنابراين تحريك الكتريكي اين مواد در حضور آب مورد بررسي قرار گرفته است،مشابه مورد ژن هاي پلي الكتروليت. پلي پيرول و پلي آنيلين مثال هاي نوعي آن مي‌باشند (شكل 3-2)
3- مشخصه محرك ژل پليمر
مسير ژل هاي پليمر از مواد پليمر سخت جامد متفاوت است. زنجيره هاي پليمر در ژل معمولاً از نظر فيزيكي و شيميايي متقاطع محسوب شده و يك ساختار شبكه اي سه بعدي را تشكيل مي دهند. براي مثال ژل پليمر معمولاً موضوعي است كه با حلال خوب آن مشخص مي شود و ويژگي هاي آن از يك حالت پليمر تقريباً جامد به يك محلول با مقدار خيلي كم تبديل شده است
اما باز هم شكل خود را حفظ مي كند. اين تبديل فوق العاده در خواص فيزيكي حوزه عملكرد ژل را گسترش مي‌دهد.
از ديدگاه محرك، ژل همانند يك محرك جامد يا ماهيچه بيولوژيكي يا همانند يك آميب بي شكل رفتار مي كند. ژل همچنين داراي حالت هاي تحريك مختلف است، حجم متقارن با تورم و عدم تورم، رفتار تورمي متقارن، تغيير شكل متقارن و تغيير شكل نامتقارن تغيير مي‌كند (شكل 5-2) كشش القا شده در ژل نيز مي تواند فوق العاده زياد باشد كه اين به ساختار متقاطع در ژل بستگي دارد.
4- محرك هاي لازم براي بكار انداختن ژل هاي پليمر
همانگونه كه از خواص فيزيكي متنوع ژل و تنوع گسترده حالتهاي انگيزشي انتظار مي‌رود، محرك هاي مختلفي براي تحريك ژل هاي پليمري وجود دارد.
محرك ها را ميتوان به دو گروه تقسيم كرد، محرك هاي شيميايي و محرك هاي فيزيكي (شكل 6-2) . مبادله حلال بعنوان محرك هاي شيميايي شامل جهش هايي در پلاريته حلال (مثلاً از حلال خوب به داخل حلال ضعيف) ،در pH (مثلاً در ژل پلي الكتروليت ضعيف از يك شرايط گسسته به يك شرايط پيوسته) و در قدرت يوني استفاده از بدون نمك يا لخته شدن مي باشد. اين دو نوع به همراه تورم و تورم زدايي حلال و تغيير شكل تا زمانيكه ژل داراي يك ساختار همگن باشد، معمولاً متقارن است (شكل 7-2). جهش دما، كه يك محرك فيزيكي است،
نيز ميتواند در جايي كه حلاليت داراي يك دماي گذراي بحراني باشد، تغيير شكل متقارن را به ژل هاي پليمري خاص القا كند. مثال هاي نوعي ژل هاي پلي (وينيل امتيل اتر ) و پلي ( -N ايزو پروپيل اكريلاميد) مي‌باشند. اين ژل ها داراي جذب آب بيشتر در دماهاي پايين و تورم زدايي در دماي بحراني ويژه حدود 40-30 هستند (شكل 8-2) . دماي گذرا را مي توان به وسيله تغيير ساختار شيميايي كنترل كرد. در مورد ژل نامتحرك پوريز، افزودن اوره كه زير مجموعه يوريز است، تورم و تورم زدايي به وسيله تغيير pH القايي توسط واكنش آنزيم صورت مي‌گيرد (شكل 9-2).
يك محرك فيزيكي مانند تابش دهي نور براي تحريك يك ژل كه در آن ايزومراسيون معكوس نور القايي صورت مي گيرد و ايزومراسيون همراه با كشش فيزيكي مناسب است. در اين حالت تغيير معمولاً نامتقارن است و ژل در جهت يا مخالف جهت تابش دهي منحرف مي شود كه اين امر به واكنش فوتو القايي بستگي دارد.(شكل 10-2)
در حالت كاربرد ميدان الكتريكي، ژل ها معمولاً منحرف مي شوند. چون اين ميدان توزيع شارژ نامتقارن را القا مي كند و باعث كشش نامتقارن در ژل مي شود. توزيع شارژ نامنتقارن را ميتوان به آساني در ژل هاي پلي الكتروليت القا نمود. و به همين دليل است كه ژل پلي الكتروليت اساساً به عنوان ماده پليمرالكترواكتيو مورد بررسي قرارگرفته است (شكل 11-2).
كاربرد ميدان مغناطيسي نيز ميتواند زمانيكه يك ساختار با گونه هاي حساس به ميدان مغناطيسي در آنها وجود داشته باشد، يك كشش را در ژل القا كند. ما ابتدا ايده استفاده از يك ابرسيال پارامغناطيس براي يك ژل را مطرح نموديم. ما دريافتيم كه ژل نسبت به زاويه ميدان مغناطيسي حساس و نسبت به القاي كشش بسيار حساس است، و تغيير ساختار در ژل مورد بررسي قرار گرفته بود (شكل 12-2). زريني و همكارانش همين مواد را مورد بررسي قرار داده و با كنترل ميدان مغناطيسي به تغيير شكل ناپيوسته ژل پي بردند.
5- ژل هاي پليمر الكترو – اكتيو بعنوان ماهيچه هاي مصنوعي
در ميان مواد محرك پليمري ذكر شده در بالا، ژل پليمر داراي يك خاصيت مهم بعنوان يك ماده با كشش زياد است. همانگونه كه در بخش قبل بيان شد، ميدان الكتريكي يكي از بهترين محرك ها براي تحريك عملي است. الكترواكتيويته در ارتباط با ژل هاي پلي الكتروليت ذكر شده است ، چون آنها حاوي گونه هاي يوني هستند. اما گونه هاي يوني نه تنها نسبت به ميدان الكتريكي حساس اند بلكه معمولاً از نظر الكتروشيميايي فعال و همراه با الكتروليز روي الكترودها مي باشند. واكنش هاي الكتروشيميايي اغلب باعث افزايش جريان و توليد گرما مي شوند. اين فرايندها فقط باعث اتلاف انرژي گرديده و در ايجاد كشش مشاركت نمي كند. بنابراين، واكنش هاي الكتروشيميايي در بيشتر موارد يك فرايند نامطلوب است. ژل هاي پلي الكتروليت و مواد مربوطه عليرغم مشكلات بسيار آنها براي محرك هاي عملي، باز هم در صدر مواد پليمر الكترواكتيو قرار دارند.
براي غلبه بر مشكلات در پلي الكتروليت ها، مانند مصرف الكتروشيميايي الكترودها، ما خواص الكترواكتيو ژل پليمر غيريوني را مورد بررسي قرار داديم.
1-5- ژل هاي پلي الكتروليت الكترواكتيو
همانگونه كه در بخش قبل اشاره شد ژل هاي پلي الكتروليت بعنوان مواد محرك الكترواكتيو مورد بررسي قرار گرفته‌اند. اين مفهوم از وجود گونه هاي يوني الكترواكتيو در ژل ها است. گونه هاي يوني ميتوانند جابجا شده و تشكيل توزيع محلي و يا واكنش هاي الكتروشيميايي در ژل دهند كه باعث تغيير شكل آن ميشود.
1-1-5- ژل پلي (اكريليك اسيد)
در ميان ژل هاي پلي الكتروليت ، ژل پلي آكريليك اسيد (PAA) اولين پلي الكتروليت بود كه بعنوان يك ژل پليمر الكترواكتيو مورد بررسي قرار گرفت. شيگا و همكاران دريافتند كه ژل PAA را ميتوان با استفاده از ميدان الكتريكي DC و در حضور نمك تغيير شكل داد. يك ميله ژل PAA در محلول آبي نمكي فرو برده شد (شكل 14-2). الكترودهاي پلاتينوم از سطح ژل جدا شدند و از ميدان DC در دو طرف ژل استفاده شد. شيگا و همكاران به يك انحراف كم در حركت ژل پي بردند كه دامنه انحراف به نمك و غلظت آن بستگي داشت. آنها همچنين به يك تغيير شكل نامتقارن در ژل پي بردند، زمانيكه از ميدان جدا از دو سر ميله ژل استفاده شده بود (شكل 15-2). در اين حالت، يك سر ژل پژمرده شده و سر ديگر متورم ميشود. اين حركت به وسيله رفتار تورمي نامتقارن در اين ميدان توصيف شده است. تغيير شكل به وسيله معادله زير كه به وسيله فلوري مشتق گيري شده توصيف گرديده است.
كه در آن فشار اسمزي كل است كه برابر است با مجموع سه نوع فشار اسمزي مي‌باشد و از تعامل بين زنجير پليمر و حلال، از كشساني لاستيكي ژل و از تفاوتهاي غلظت گونه هاي يوني كه به ترتيب داخل و خارج از ژل قرار دارند، نشأت مي‌گيرد. پارامترهاي ، به ترتيب عبارتند از كسر حجمي پليمر، پارامتر تعامل بين پليمر و حلال،حجم پليمر خشك شده ، شماره زنجير مؤثر در شبكه، حجم مولي حلال، غلظت گونه هاي I در ژل ،غلظت گونه هاي j در محلول خارجي، ثابت گاز و درجه حرارت مطلق.
تصور اين بود كه اين فرايند از يك وقفه فشار اسمزي القا شده به وسيله تمركز گونه‌هاي يوني قدرت حلال پوششي متفاوت نشأت مي گيرد. شيگا و همكاران روش آماده سازي را به منظور غلبه بر مشكل بهينه سازي كردند. آنها الكترودها را روي سطح ژل قرار دادند و ژل فينگر درون محلول آبي را با موفقيت نشان دادند (شكل 16-2).
2-1-5- مشخص شد كه ژل (2- آكريلاميدو – 2- متيل پروپان سولفونيك اسيد ) (PAMPS) جنبندگي كرمي شكل را تحمل مي كند (شكل 17-2). اساس اين تغيير شكل مبتني بر يك واكنش مولكولي الكتروكينتيك مولكولهاي مواد فعال در سطح هيدروژن است كه تعاملات الكترواستاتيك و هيدروفوبيك ايجاد شده و منجر به فشردگي ناهمسانگرد براي انحراف به سمت آند مي‌گردد.
هنگامي كه ميدان معكوس شود، ادمولكول هاي فعال در سطح روي سطح ژل جدا شده و به سمت آند مي رود. در عوض مولكولهاي جديد فعال در سطح از طرف مقابل ژل نزديك شده و تشكيل كمپلكس مي‌دهند، بنابراين ژل منبسط مي گردد. مواد فعال در سطح مانند –N ؟؟ پيريدينيوم كلرايد (Cl2PYC1) مورد استفاده قرار گرفت كه در مدت يك ثانيه جذب سطحي گرديد و به سادگي محاسبه شد تا نسبت تشكيل كمپلكس كمتر از 3-10*10 را به دست دهد، اين توضيح كه انحراف سريع و زياد در يك ميدان مغناطيسي فقط به وسيله پيچيدگي و پژمردگي سطح ژل امكانپذير است.
3-1-5- ژل يونومر پرفلورو سولفونات
يك هيدروژن فيلم يونومر پرفلوروسولفونات (Nafion of Dupont) با ضخامت
mm2/0 Ca مشخص شد كه يك ماده الكترواكتيو مؤثر است (شكل 18-2). اين ماده را ميتوان به وسيله يك ميدان DC با ولتاژ كم مثلا 3 ولت تحريك كرد. موفقيت به وسيله توسعه رسوبگيري شيميايي الكترود روي سطح غشاء بدست آمد. اصل مكانيسم تغيير شكل تا حدي شبيه حالت ساير ژل هاي پلي الكتروليت است
يعني غنشاء نياز به وجود آب و نمك دارد و مواجهه با مصرف الكتروشيميايي اجتناب ناپذير است. اما زمان پاسخ و دوام آن بسيار بيشتر از ساير مواد ژل است. علاوه بر اين ، فرايندتحريك تحت تأثير جدي واكنش هاي الكتروشيميايي قرار ندارد و شرايط كاري بطور مناسب تحت كنترل مي باشد. بهبود بازده ميتوان تصور كرد كه از ساختار شيميايي غشاء و حضور همزمان آبگريزي قوي و آبدوستي قوي در يك زنجيره پليمر نشأت مي‌گيرد.
2-5- ژل هاي پليمر غير يوني الكترو اكتيو
با مرور مواد ذكر شده در بالا مشخص مي شودكه يكي از نقايص جدي ژل هاي پلي الكتروليت مصرف الكتروشيميايي روي الكترود در يك ميدان الكتريكي است. مصرف الكتروشيميايي باعث دوام ضعيف ژل هاي پلي الكتروليت شده و ميدانهاي كاربردي آنها را محدود مي‌سازد.
بنابراين، مؤلف تلاش كرده تا از ژل هاي پليمري غير يوني بعنوان مواد تحريك كننده با تغيير شكل زياد استفاده كند. نتايج نشان مي دهد كه اين ايده در حالتي پربازده تر از حد انتظار عمل مي كند اما ا ين مكانيسم تغيير كرده و آنچه در ابتداانتظار مي‌رفت نخواهد بود. اين ويژگي با تفصيل بيشتري در زير توصيف گرديده است.
1-2-5- كشش در جهت ميدان
ژل پلي (وينيل الكل) DMSO بوسيله تركيب كردن ارتباط متقاطع فيزيكي و ارتباط متقاطع شيمياي با گلوتارالدهيد (GA) تهيه گرديد. پس از ارتباط متقاطع شيميايي، ارتباط متقاطع فيزيكي بوسيله تبديل حلال به DMSO خالص حذف گرديد. بنابراين ژل متقاطع از نظر شيميايي حاصله داراي يك ساختار همگن از نظر الكترونيكي است. بنابراين ژل PVA-DMSO داراي هيچ پلاريزاسيون دروني در ساختار خودش نيست،و ايجاد كشش الكتروستيكتيو با استفاده از يك ميدان الكتريكي DC مورد انتظار است. نتايج با اين انتظار موافق است و اين كشش متناسب با توان دوم ميدان است (شكل 19-2). كشش مشاهده شده در جهت ميدان به بيش از 7% مي‌رسد. زمان پاسخ بسيار سريع است، كشش بزرگ در مدت s1/0 حاصل مي شود و شكل ژل بطور لحظه اي با خاموش شدن ميدان ذخيره مي‌گردد.
جريان مشاهده شده حدود mA 1 در V/mm 250 است كه بسيار كوچكتر از ژل هاي پلي الكتروليت مي‌باشد. اين جريان را ميتوان با خالص سازي بيشتر پليمر و حلال پايين آورد. ما با تقويت كشش به اندازه 300 درجه مي‌توانيم كشش سريع الكترو اكتيو را در حركت نوساني نشان دهيم. پيشنهاد شده كه حركتنوساني تا Hz10 شتاب داده شود، اگر چه كه نمايش در Hz2 صورت گرفت (شكل 20-2).
2-2-5- جهت گيري الكتريكي حلال
كشش القا شده در جهت ميدان را نمي‌توان با نيروي جاذب الكترواستاتيك بين الكترودها توضيح داد. تأثير ميدان الكترواستاتيك انتظار مي رفت كه كمتر از 25% كشش مشاهده شده تحت شرايط آزمايش باشد. بنابراين ما بايد توضيح ديگري براي ايجاد كشش در ژل پيدا كنيم در ابتدا، ما انتظار داريم جهت گيري مولكول حلال در يك ميدان الكتريكي كشش ايجاد شده در ژل را از ميان تغييرات تعاملات بين حلال و پليمر، كه شبكه ژل را تشكيل مي‌دهند، هدايت كند.
به منظور مشاهده اثرات ميدان الكتريكي بر جهت گيري حلال، DMSO از طيف نمايي رامان استفاده شد. اين مولكول داراي يك گشتاور دوقطبي قوي است و ميتوان انتظار داشت كه در امتداد جهت ميدان قرار گيرد (شكل 31-2). اين جهت گيري بسيار كارآمد است حتي در ميدان هاي الكتريكي نسبتاً پايين، اما اين جهت گيري در حداكثر شدت ميدان كاهش مي‌يابد (شكل 22-2). تغيير شكل ژل در ناحيه داراي ميدان بالاتر نسبت به جهت گيري حداكثر بيشتر است و بيانگر آن است كه جهت گيري حلال با تغيير شكل ژل ارتباط مستقيم ندارد.
3-2-5- انحراف و حركت خزيده همراه با كشش بسيار زياد
در مشاهده انقباض در امتداد جهت يك ميدان الكتريكي، از صفحات برنجي بعنوان الكترودها استفاده شد. كشش در جهت عمود بر ميدان نيز قابل مشاهده بود. در اين اندازه‌گيري ها ، از تغيير شكل خمش ژل ها جلوگيري شده يا بطور كامل فشرده مي‌گردد.
هنگاميكه ما بطور دقيق تغيير شكل ژل را مشاهده كرديم، جريان حلال و چند تغيير شكل نامتقارن درون ژل مطرح گرديد. اما الكترودهاي متداول يا يك ورقه فلزي نازك با ضخامت 10 منجر به هيچگونه تغيير شكل موثري نگرديد. ما از الكترودهاي طلايي بسيار نازك با ضخامت 1/0 استفاده نمودهو هر دو سطح ژل را با ورقه هاي نازك پوشانديم. ورقه فلزي به اندازه كافي نرم است و حتي اختلال در تغيير شكل كوچكي از ژل هم ايجاد نمي‌كند.
با استفاده از يك ميدان الكتريكي DC براي ژل، ژل به سرعت خميده شده و تا زمانيكه ميدان برقدار باشد تغيير شكل را حفظ مي كند (شكل 23-2). خمش در مدت ms60 كامل شد و زاويه خمش به بيش از 90 درجه رسيد. با خاموش كردن ميدان ، كشش فوراً رها شد و ژل شكل قبلي خود را گرفت (شكل 24-2). خميدگي از بين رفت تا متناسب با مربع ميدان باشد (شكل 25-2).
با محسوب كردن اندازه ژل (طول cm1 ، عرض mm5 ، ضخامت mm2) و فرض اينكه حجم ژل در تغيير شكل تغيير نمي‌كند، ميتوان تخمين زد كه طول كشش ژل بيش از 140% است. جريان الكتريكي مشاهده شده در اين حركت كمتر از 30 كمتر از ميدان V/mm 500 است.
اين پاسخ و كشش زياد حاصله در ژل PVA-DMSO بزرگترين مقدار در ميان مواد ژل پليمر الكترواكتيو است كه تاكنون گزارش شده. جريان كم بيانگر آن است كه در اين حركت در مقايسه با ژل هاي پلي الكتروليت متداول اتلاف انرژي بسيار كمتر است. اتلاف انرژي همانند گرما بسيار كمتر از مورد غشاء flemion يا Nafion بود، بنابراين وقتي اندازه ژل (ضخامت و مساحت) مد نظر قرار گيرد اين اتلاف انرژي بسيار كم است.
ژل نيز ميتواند تغيير شكل نوع خزنده را نشان دهد. اين يك نوع جديد از حركت است. حركت خزنده زماني مشاهده ميشود كه يك ژل بدون پوشش روي يك رديف نوار الكترود قرار گيرد. اين حركت در Ca 1 ثانيه كامل ميشود.
4-2-5- منشأ توزيع فشار نامتقارن در ژل
يك چنين خمش يا خزش سريع يك ژل پليمر غيريوني را نمي توان با گريان شيب فشار اسمزي كه معمولاً علت خمش القايي الكتريكي در ژل پلي الكتروليت محسوب ميشود،توضيح داد. همانگونه كه در بخش قبل اشاره شد، جريان حلال در ژل مطرح گرديد ما تأثير يك ميدان الكتريكي را بر خاصيت جرياني آن مورد بررسي قرار داديم.
يك جفت الكترود شانه مانند در يك سيني مدور پر از DMSO شناور گرديد (شكل 27-2). وقتي از يك ميدان DC استفاده شد، حلال شروع به جريان يافتن از آند به كاتد كرد. سرعت جريان بوسيله پودر پلي استرين شناور روي حلال بعنوان يك ردياب، اندازه گيري شد. شدت جريان متناسب با مربع ميدان افزايش مي‌يابد (شكل 28-2). اين نتيجه بيانگر آن است كه گراديان شيب فشار بين الكترودها توليد شده است.
به منظور تثبيت يك محاسبه كمي از گراديان شيب فشار يك آزمايش تئوري با برخي از فرضيه ها كه در زير نشان داده شده صورت گرفت:
1- فقط يك مقدار از تحرك يون براي يك نوع يون نشان داده ميشود.
2- از آشفتگي در ژل مي توان براي محاسبات ساخت فشار صرفنظر كرد.
3- يونيزه كردن و شتاب دادن الكترودها با ساخت فشار تداخل نمي‌كند.
4- اگر چه فقط يك جريان برآيند خيلي كوچك وجود دارد اما براي تعيين توزيع ميدان كافي است.
5- انواع مختلف يونها در ساخت فشار با يكديگر تداخل نمي كنند.
6- شارژهاي سطحي روي حدود حلال داراي يك تأثير قابل اغماض بر جريان يون و توزيع ميدان است.
معادله زير از توزيع فشار در يك ژل استنباط شده است:
كه در آن به ترتيب عبارتنداز وقفه فشار بين دو موقعيت (روي سطح ژل) و X (در نقطه x داخل ژل از سطح ژل ) در جهت ميدان، ثابت دي الكتريك، ولتاژهاي روي سطح ژل و در x داخل ژل ، و ضخامت ژل.
اين معادله بيانگر آن است كه گراديان فشار درون ژل با ثابت دي الكتريك ژل و مربع يك ميدان الكتريكي متناسب است. به علت آنكه محتوي حلال ژل در سيستم آزمايش ما 98% Ca است، ثابت دي الكتريك را ميتوان فرض كرد كه مساوي ثابت دي الكتريك حلال باشد. با داشتن مقدار كشساني خمش ژل و فشار تخميني ما مي‌توانيم توافق فوق العاده‌اي بين داده هاي آزمايشي مان و تخمين تئوري ايجاد كنيم (شكل 29-2).
به منظور مشاهده تأثير پليمر بر تغيير شكل القايي الكتريكي نوع ديگري از آزمايش انجام شد. يك جفت الكترود بليت در حلال فرو برده شد و از ميدان DC بين الكترودها استفاده شد. حلال بين الكترودها به طرف بالا كشيده شد (شكل 30-2) ارتفاع از نظر تئوري با معادله زير محاسبه گرديد:
(6-2)
كه در آن g , p , d , v , عبارتند از ارتفاع سطح مايع، ثابت دي الكتريك ژل ثابت دي الكتريك مكش، ولتاژ بكار رفته. فاصله بين الكترودها، چگالي ژل و ثابت گرانشي . منحني شكل 30-2 بصورت تكي محاسبه شد و توافق خوبي با داده هاي آزمايش دارد. اما زمانيكه ما از يك محلول PVA , DMSO استفاده كنيم ارتفاع خيلي كمتر از آنچه درحلال مشاهده شده مي باشد و علاوه بر اين روي هر دو الكترود فوق العاده نامتقارن بود (شكل 31-2). محلول بالا آمده و به سطح كاتدي مي رسد اما به آند نمي رسد كه اين بيانگر آنست كه معادله فوق ديگر براي محلول پليمر قابل استفاده نيست.
اين پديده ها دلالت بر آن دارند كه محلول پليمر تمايل به سمت تعويق فرايند تخليه دارد. تعويق تخليه باعث انباشت شارژ روي كاتد ژل مي شود و وقفه فشار بين طرف كاتد و طرف آند ژل را افزايش مي دهد. بنابراين، وجود شبكه پليمر نيز نقش مهمي در تغيير شكل خمش مؤثر دارد. براي تحليل مفصل تر بايد بررسي كمي بيشتري صورت بگيرد.
5-2-5-كاربرد پذيري روش واكنش حلال تزريق شارژي براي پليمرهاي متداول
مفهوم ارائه شده در بخش قبل را ميتوان به صورت روش كشش حلال تزريق شارژي. برتري اين روش كاربردپذيري گسترده آن براي مواد ژل مانند پليمري غيريوني متداول است. ما در حال كاركردن روي چند ماده غيريوني براي ماهيچه هاي نرم مصنوعي بوديم كه بتوان آنها را در هوا تحريك كرد. در اينجا حالت پلي (وينيل كلرايد ) PVC به طور خلاصه نشان داده خواهد شد. در مورد PVC ما از نرم كننده ها بعنوان حلال استفاده كرديم. اگر چه تتراهيدروفوران يك حلال خوب براي PVC است اما نقطه جوش آن براي آماده سازي ژل پايدار در دماي محيط در هوا، بسيار پايين است.
در مثال نشان داده شده مشخص شد كه ژل PVC كه با دي اكتيل فتالات (DOP)
با خاموش و روشن كردن ميدان الكتريكي مانند يك آميب خزيدن برگشت پذير دارد (شكل 32-2).
تغيير شكل القا شده الكتريكي توزيع نامتقارن شارژ تزريقي است. اين مكانيسم تا حدي مشابه مكانيسم ژل پليمر غير يوني است (اما نه يكسان) چون جريان حلال در PVC نرم شده تأييد نشده است.
6-2- از ژل پليمر الكترو – اكتيو تا الاستومر (كشبار) الكترو – اكتيو با تغيير شكل زياد ژل پليمر غير يوني متورم شده با حلال دي الكتريك. با تغيير شكل فوق العاده نشان داده شده است، چون پليمر غير يوني با نرم كننده غير يوني نرم شده است.
مكانيسم مطرح شده براي تحريك ژل «كشش حلال شارژ تزريقي» بود و مكانيسم مربوط به پليمر نرم شده «توزيع شارژ نامتقارن شارژ تزريقي بود»
از مكانيسم دوم مي توان براي الاستومترهاي غيريوني استفاده كرد كه در آن حركت زنجيره پليمر نسبتاً آزادانه است و بنابراين مهاجرت شارژهاي تزريقي است. مهاجرت شارژ تزريقي و تعادل سرعت هاي شارژ و تخليه بايد يك فاكتور بحراني باشد تا تغيير شكل ايجاد شده در تبادل الكترواستاتيك يك فاكتور عمده در تحريك باشد.
نتايج تجربي الاستومرهاي پلي اورتان مفهوم ت وصيف شده در بالا را تأييد مي كند. علاوه بر انتظارات ما برخي از ويژگيهاي جديد حركت به طور مفصل روشن شده است مانند تأثير حافظه، كنترل جهت خمش و غيره (شكل 33-2).
7- نتيجه گيري ها
در اين فصل، انواع مختلف پليمرهاي الكترواكتيو معرفي گرديدند. بعضي از آنها داراي يك تاريخ طولاني به عنوان مواد الكترواكتيو هستند. اما به تازگي ژل هاي پليمر و يا الاستومرها، كه داراي هيچ پلاريزاسيون ذاتي در ساختار خود نيستند و هيچگونه يوني را نيز شامل نمي‌شوند، كشش خيلي زيادي را با استفاده از ميدان هاي الكتريكي داراي يك جريان الكتريكي پايين نشان مي دهند. اتلاف انرژي در صورتي رخ مي دهد
كه گرما خيلي كمتر از مواد پلي الكتروليت متداول باشد. مفاهيم «كشش حلال شارژ تزريقي» و «توزيع شارژ نامتقارن شارژ تزريقي» به عنوان يك مكانيسم ممكن از تغيير شكل عظيم مطرح شده است. از اين مفاهيم ميتوان براي پليمرهاي متداول غيريوني گوناگون استفاده كرد. مؤلف قوياً‌انتظار دارد كه مفاهيم حوزه محرك را تا حد ماهيچه مصنوعي گسترش دهد و در آينده در توليد ميكروماشين ها يا نانوماشين ها مشاركت داشته باشد.
