Tutkijat kehittivät veden voimalla toimivan pehmeän robotin merisiilien inspiroimana

POSTECHin mekaniikan laitoksen tutkijaryhmä on kehittänyt veden voimalla toimivan itsestään toimivan pehmeän aktuaattorin, joka on nopeampi ja voimakkaampi kuin perinteiset pehmeät aktuaattorit. Tutkijaryhmää johtivat professori Dong Sung Kim, tohtori Andrew Choi ja Hyeonseok Han.

Tutkimus julkaistiin Journal of Materials Chemistry A -julkaisussa.

MCT ja merisiilit

Uusi kehitys sai inspiraationsa merisiilien muuttuvasta kollageenipitoisesta kudoksesta (MCT). Merisiilin ruumis koostuu MCT:stä, joka mahdollistaa sen kovettamisen tai pehmentymisen ympäröivän ympäristön mukaan. Merisiilien elastinen moduuli voi muuttua jopa 10-kertaisesti vain muutamassa sekunnissa, ja tämä mahdollistaa niiden sopimisen pieniin rakoihin tai paisumisen uhkaamaan petoja. Ne voivat tehdä tämän muodostamalla tai tuhoamalla vety sidoksia kollageenipitoisissa kudoksissa säätelyregulaattoreiden avulla.

Aktuaattorit ovat joustamattomia ja voivat muuttaa fyysistä tilaansa sähköisen signaalin muutoksen avulla, samoin kuin moottori tai kytkin. Jotkut pehmeät aktuaattorit taas voivat reagoida veteen ja käyttää sitä energianlähteenä. Pehmeille roboteille, jotka vaativat liikkumisen vapautta, pehmeät aktuaattorit voivat auttaa tässä suhteessa. Sanottakoon, että olemassa olevat pehmeät aktuaattorit ovat usein hauraita ja hitaita, eivätkä ne siten voi toimia tehokkaasti.

Ylittää perinteiset pehmeät aktuaattorit

Tutkijat saivat inspiraationsa merisiilien MCT:stä, joka voi vapaasti muuttaa muotoa reagoidessaan veteen. He kehittivät sitten ohjelmoitavan aktuaattorin, joka perustuu erittäin joustavaan PNIPAAm-hydrogeeliin. Se osoitti aktuaatiovoiman, joka on 200-kertaisempi ja 300-kertaisempi kuin perinteiset pehmeät aktuaattorit, jotka riippuvat vedestä energianlähteenä. Nämä aktuaattorit voivat jopa käyttää vettä energianlähteenä, kun se on 80 asteen lämpötilassa.

Eri testien kautta aktuaattori osoitti olevan tarpeeksi kestävä palauttaakseen alkuperäisen muotonsa, kun se altistettiin 300 prosentin venytykseen.

Tutkijaryhmän mukaan tämä aktuaattori voisi olla käytössä monilla eri aloilla, mukaan lukien teollisuus- ja biolääketieteellisillä aloilla. Se voisi myös tehdä eroa teollisuusroboteilla, erityisesti niillä, jotka toimivat kuin ihmisen käsi ja nostavat materiaaleja. Tämäntyyppinen robotti voi myös sulkea haavat ja toimia keinotekoisina sormina.

“Pehmeä robotti aktivoituu, kun se tulee kosketuksiin kosteuden kanssa, ja se on joustava ja muovautuva, jotta se voi sopeutua helposti erilaisiin ympäristöihin”, professori Dong Sung Kim selitti. “Tämä uudenlainen hydrogeeliaktuaattori on erittäin voimakas ja aktivoituu nopeasti, jotta se voi toimia jopa paikoissa, joissa ei ole sähköä, käyttäen kemiallista energiaa.”

Tutkimus oli tukenut Mid-career Researcher Program ja Core Technology Biomedical Development Program, jotka rahoitettiin Ministry of Science and ICT ja National Research (NRC ) Foundation of Korea, sekä Alchemist Project, jota rahoitti Ministry of Trade, Industry and Energy.