Föreställ dig att du upprepade gånger lyfter 165 gånger din vikt utan att svettas – en bedrift som normalt är reserverad för hjältar som Spider-Man.

Rutgers University-New Brunswick ingenjörer har upptäckt en enkel, ekonomiskt sätt att göra en enhet i nanostorlek som kan matcha den vänliga stadsdelen Avenger, i mycket mindre skala. Deras skapelse väger 1,6 milligram (ungefär så mycket som fem vallmofrön) och kan lyfta 265 milligram (vikten av cirka 825 vallmofrön) hundratals gånger i rad.

Dess styrka kommer från en process där joner förs in och avlägsnas mellan mycket tunna skivor av molybdendisulfid (MoS2), en oorganisk kristallin mineralförening. Det är en ny typ av ställdon – enheter som fungerar som muskler och omvandlar elektrisk energi till mekanisk energi.

Rutgers upptäckt - elegant kallad en "inverterad seriekopplad (ISC) biomorf aktiveringsanordning" - beskrivs i en studie publicerad online idag i tidskriften Natur .

"Vi upptäckte att genom att applicera en liten mängd spänning, enheten kan lyfta något som är mycket tyngre än den själv, sade Manish Chhowalla, professor och biträdande ordförande vid Institutionen för materialvetenskap och teknik vid Ingenjörshögskolan. "Detta är ett viktigt fynd inom området för elektrokemiska ställdon. Den enkla omstaplingen av atomärt tunna skivor av metallisk MoS2 leder till ställdon som kan motstå påkänningar och påkänningar som är jämförbara med eller större än andra ställdonmaterial."

Ställdon används i en mängd olika elektromekaniska system och inom robotik. De har applikationer som styrbara katetrar, flygplansvingar som anpassar sig till förändrade förhållanden och vindkraftverk som minskar luftmotståndet, studieanteckningarna.

Upptäckten vid Rutgers University-New Brunswick gjordes av Muharrem Acerce, studiehuvudförfattare och doktorand i Chhowallas grupp, med hjälp av E. Koray Akdo?an, undervisande biträdande professor vid institutionen för materialvetenskap och teknik, sa Chhowalla, senior författare till studien.

Molybdendisulfid - ett naturligt förekommande mineral - används vanligtvis som smörjmedel i fast tillstånd i motorer, enligt Chhowalla, som också leder Rutgers Institute for Advanced Materials, Enheter och nanoteknik. Det är ett skiktat material som grafit, med stark kemisk bindning inom tunna lager men svag bindning mellan lagren. Således, individuella lager av MoS2 kan enkelt separeras till individuella tunna ark via kemi.

De extremt tunna arken, även kallade nanosheets, förbli suspenderad i lösningsmedel såsom vatten. Nanoarken kan sättas ihop till staplar genom att lägga lösningen på ett flexibelt material och låta lösningsmedlet avdunsta. De omstaplade arken kan sedan användas som elektroder – liknande de i batterier – med hög elektrisk ledningsförmåga för att infoga och ta bort joner. Att sätta in och ta bort joner leder till expansion och sammandragning av nanosheets, vilket resulterar i kraft på ytan. Denna kraft utlöser rörelsen - eller aktiveringen - av det flexibla materialet.

Chhowalla och hans gruppmedlemmar fann att deras MoS2-baserade elektrokemiska anordning har mekaniska egenskaper som stress, belastning och arbetskapacitet som är extraordinär med tanke på att elektroderna är gjorda genom att helt enkelt stapla svagt interagerande nanoark.

"Nästa steg är att skala upp och försöka göra ställdon som kan flytta större saker, " sa Chhowalla.