Teadlased töötavad välja vesiajamiga pehme roboti, mis on inspireeritud merikurkidest

POSTECHi masinaehituse osakonna teadlaste meeskond on välja töötanud vesiajamiga isetoimiva pehme täiturmehhanismi, mis on kiirem ja tugevam kui tavalised pehmed ajamid. Töörühma juhtisid professor Dong Sung Kim, dr Andrew Choi ja Hyeonseok Han. 

Uurimistöö avaldati ajakirjas Materjalide keemia ajakiri A.

MCT ja merikurgid

Uus arendus sai inspiratsiooni merikurkide muutuvast kollageensest koest (MCT). Merikurgi keha on valmistatud MCT-st, mis võimaldab sellel olenevalt ümbritsevast keskkonnast taheneda või pehmeneda. Merikurkide elastsusmoodul on võimeline muutuma kuni 10 korda vaid mõne sekundiga ning see võimaldab neil mahtuda läbi väikeste pragude või paisuda, et ohustada kiskjaid. Nad saavad seda teha, moodustades või hävitades kollageensetes kudedes vesiniksidemeid. keemiliste regulaatorite kontrollimisega.

Täiturmehhanismid on jäigad ja võivad muuta oma füüsilist olekut elektrilise signaali muutmise abil sarnaselt mootori või lülitiga. Mõned pehmed ajamid on seevastu võimelised reageerima veele ja kasutama seda energiaallikana. Pehme robootika puhul, mis nõuab liikumisvabadust, võivad selles osas aidata pehmed ajamid. Seda arvestades on olemasolevad pehmed ajamid sageli haprad ja aeglased, mis tähendab, et neid ei saa tõhusalt rakendada.

Parem tavapärastest pehmetest täiturmehhanismidest

Teadlased said inspiratsiooni merikurkide MCT-st, mis võib veega reageerides vabalt kuju muuta. Seejärel töötasid nad välja täiturmehhanismi, mis on programmeeritav ja põhineb PNIPAAm hüdrogeelil, mis on äärmiselt paindlik. See näitas 200 korda suuremat ja 300 korda kiiremat käitamisjõudu kui tavalised pehmed ajamid, mis kasutavad energiaallikana vett. Need täiturmehhanismid on isegi võimelised kasutama vett energiaallikana, kui see on 80 kraadi Celsiuse järgi. 

Erinevate katsetega näitas täiturmehhanism, et see on piisavalt vastupidav, et taastada algne kuju, kui sellele allutatakse 300% tõmbepingele. 

Meeskonna sõnul saaks seda täiturmehhanismi kasutada paljudes erinevates sektorites, sealhulgas tööstuses ja biomeditsiini valdkondades. See võib mõjutada ka tööstusroboteid, täpsemalt haaratsid, mis toimivad inimese käena ja tõstavad materjale. Seda tüüpi robot suudab ka haavu sulgeda ja toimida kunstsõrmedena.

"Pehme robot aktiveerub, kui see puutub kokku niiskusega, ning on paindlik ja deformeeritav, et kohaneda erinevate keskkondadega," selgitas professor Dong Sung Kim. "See äsja väljatöötatud hüdrogeeli ajam on väga võimas ja käivitub kiiresti, et võimaldada keemilist energiat kasutades töötada isegi kohtades, kus pole elektrit."

Uurimist toetasid Kesk-karjääri teadlaste programm ja põhitehnoloogia biomeditsiinilise arengu programm, mida rahastasid Teadus- ja IKT-ministeerium ja Korea Riiklik Uurimisfond, ning Alkeemiku projekt, mida rahastas kaubandus-, tööstus- ja energeetikaministeerium.