Vědci vyvinuli vodou poháněného měkkého robota inspirovaného mořskými okurkami

Tým výzkumníků z katedry mechanického inženýrství POSTECH vyvinul vodou poháněný samočinný měkký aktuator, který je rychlejší a silnější než konvenční měkké aktuary. Tým vedl profesor Dong Sung Kim, Dr. Andrew Choi a Hyeonseok Han.

Výzkum byl zveřejněn v časopise Journal of Materials Chemistry A.

MCT a mořské okurky

Nový vývoj byl inspirován mutabilním kolagenním tkáním (MCT) mořských okurek. Tělo mořské okurky se skládá z MCT, které umožňuje tvrdnout nebo změkčit v závislosti na okolním prostředí. Elastic modulus mořských okurek je schopen měnit se až 10krát během několika sekund, a to umožňuje projít úzkými štěrbiny nebo nafouknout, aby ohrozil predátory. Tohoto lze dosáhnout vytvořením nebo zničením vodíkových vazeb v kolagenních tkáních pomocí chemických regulátorů.

Aktuátory jsou pevné a mohou měnit svůj fyzický stav pomocí elektrického signálu, podobně jako motor nebo spínač. Některé měkké aktuary jsou schopny reagovat na vodu a použít ji jako zdroj energie. Pro měkkou robotiku, která vyžaduje svobodu pohybu, mohou měkké aktuary pomoci v tomto ohledu. S tím said, existující měkké aktuary jsou často křehké a pomalé, což znamená, že nemohou být účinně použity.

Lepší než konvenční měkké aktuary

Vědci byli inspirováni MCT mořských okurek, které mohou volně měnit tvar reagující s vodou. Vyvinuli aktuator, který je programovatelný a založený na bulk PNIPAAm hydrogelu, který je extrémně flexibilní. Prokázal aktivační sílu 200krát větší a 300krát rychlejší než konvenční měkké aktuary, které spoléhají na vodu jako zdroj energie. Tyto aktuary jsou dokonce schopny použít vodu jako zdroj energie, i když je teplota 80 stupňů Celsia.

Prostřednictvím různých testů prokázal aktuator, že je dostatečně robustní, aby obnovil původní tvar, když je vystaven 300% tažné deformace.

Podle týmu by mohl být tento aktuator použit v mnoha různých odvětvích, včetně průmyslových a biomedicínských. Může také udělat rozdíl v průmyslových robotech, konkrétně s gripery, které fungují jako lidská paže a zvedají materiály. Tento typ robota může také uzavřít rány a fungovat jako umělý prst.

„Měkký robot se aktivuje, když přijde do kontaktu s vlhkostí, a je flexibilní a deformovatelný, aby se snadno přizpůsobil různým prostředím,“ vysvětlil profesor Dong Sung Kim. „Tento nově vyvinutý hydrogelový aktuator je velmi silný a rychle se aktuje, aby umožnil provoz i na místech bez elektřiny pomocí chemické energie.”

Výzkum byl podporován programem Mid-career Researcher Program a programem Core Technology Biomedical Development Program financovaným ministerstvem vědy a ICT a Národním výzkumným fondem Koreje a projektem Alchemist financovaným ministerstvem obchodu, průmyslu a energie.