Forskere utvikler vann-drevet myk robot inspirert av sjøpølser

Et team av forskere ved POSTECHs avdeling for maskinteknikk har utviklet en vann-drevet selv-opererende myk aktuator, og den er raskere og sterkere enn konvensjonelle myke aktuatorer. Teamet ble ledet av professor Dong Sung Kim, Dr. Andrew Choi og Hyeonseok Han. 

Forskningen ble publisert i Journal of Materials Chemistry A.

MCT og sjøpølser

Den nye utviklingen ble inspirert av den mutable collagenous tissue (MCT) i sjøpølser. En sjøpølses kropp består av MCT, som gjør det mulig for den å herde eller mykne avhengig av omgivelsene. Den elastiske modulus til sjøpølser kan endre seg opptil 10 ganger på bare noen sekunder, og dette er hva som gjør det mulig for dem å passe gjennom små sprekker eller blæse opp for å true rovdyr. De kan gjøre dette ved å danne eller ødelegge hydrogenbindinger i collagenøse vev ved å kontrollere kjemiske regulatorer.

Aktuatorer er stive og kan endre sin fysiske tilstand ved å bruke elektrisk signalendring, likt en motor eller bryter. Noen myke aktuatorer, på den andre siden, kan reagere på vann og bruke det som en energikilde. For myke roboter som krever frihet i bevegelse, kan myke aktuatorer hjelpe i denne hensikt. Med det sagt, er eksisterende myke aktuatorer ofte skjøre og langsomme, noe som gjør det umulig å bruke dem effektivt.

Overlegen konvensjonelle myke aktuatorer

Forskerne ble inspirert av MCT i sjøpølser, som kan fritt endre form ved å reagere med vann. De utviklet deretter en aktuator som er programmerbar og basert på bulk PNIPAAm hydrogel, som er ekstremt fleksibel. Den viste en aktueringskraft 200 ganger større og 300 ganger raskere enn konvensjonelle myke aktuatorer som avhenger av vann som energikilde. Disse aktuatorer kan sogar bruke vann som energikilde når det er på 80 grader celsius. 

Gjennom ulike tester, viste aktuatoren seg å være robust nok til å gjenopprette den opprinnelige formen når den ble utsatt for 300% av trekkspenning. 

Ifølge teamet, kan denne aktuatoren brukes i mange ulike sektorer, inkludert industrielle og biomedisinske felt. Den kan også gjøre en forskjell i industrielle roboter, mer spesifikt, med gripearm som fungerer som en menneskearm og løfter materialer. Denne typen robot kan også lukke sår og fungere som kunstige fingre.

“Den myke roboten aktiveres når den kommer i kontakt med fuktighet og er fleksibel og deformabel for å lett tilpasse seg ulike miljøer,” forklarte professor Dong Sung Kim. “Den nyutviklede hydrogelaktuatoren er meget kraftig og aktuerer raskt for å muliggjøre drift selv på steder uten strøm ved å bruke kjemisk energi.”

Forskningen ble støttet av Mid-career Researcher Program og Core Technology Biomedical Development Program, som er finansiert av Ministeriet for vitenskap og IKT og Nasjonal forskningsstiftelse i Korea, og Alchemist-prosjektet, som er finansiert av Ministeriet for handel, industri og energi.