Naukowcy opracowują napędzanego wodą miękkiego robota inspirowanego ogórkami morskimi

Zespół naukowców z Wydziału Inżynierii Mechanicznej POSTECH opracował napędzany wodą, samoczynny siłownik miękki, który jest szybszy i silniejszy niż konwencjonalne siłowniki miękkie. Zespołem kierowali profesor Dong Sung Kim, dr Andrew Choi i Hyeonseok Han. 

Badania zostały opublikowane w Czasopismo Chemii Materiałowej A.

MCT i ogórki morskie

Inspiracją dla nowego opracowania była zmienna tkanka kolagenowa (MCT) ogórków morskich. Korpus ogórka morskiego wykonany jest z MCT, który umożliwia mu twardnienie lub mięknięcie w zależności od otaczającego środowiska. Moduł sprężystości ogórków morskich jest w stanie zmienić się nawet 10-krotnie w ciągu zaledwie kilku sekund, co pozwala im wcisnąć się w małe szczeliny lub nadmuchać, zagrażając drapieżnikom. Mogą tego dokonać poprzez tworzenie lub niszczenie wiązań wodorowych w tkankach kolagenowych poprzez kontrolowanie regulatorów chemicznych.

Siłowniki są sztywne i mogą zmieniać swój stan fizyczny poprzez zmianę sygnału elektrycznego, podobnie jak w przypadku silnika lub przełącznika. Z drugiej strony niektóre siłowniki miękkie są w stanie reagować na wodę i wykorzystywać ją jako źródło energii. W przypadku miękkiej robotyki, która wymaga swobody ruchu, pomocne mogą być w tym zakresie miękkie siłowniki. W związku z tym istniejące miękkie siłowniki są często delikatne i powolne, co oznacza, że ​​nie można ich skutecznie zastosować.

Lepszy od konwencjonalnych siłowników miękkich

Inspiracją dla badaczy był MCT ogórków morskich, które w reakcji z wodą mogą swobodnie zmieniać kształt. Następnie opracowali programowalny siłownik oparty na hydrożelu PNIPAAm w masie, który jest niezwykle elastyczny. Wykazał siłę uruchamiającą 200 razy większą i 300 razy większą niż konwencjonalne siłowniki miękkie, których źródłem energii jest woda. Siłowniki te mogą nawet wykorzystywać wodę jako źródło energii, gdy ma ona temperaturę 80 stopni Celsjusza. 

W wyniku różnych testów siłownik wykazał, że jest wystarczająco wytrzymały, aby przywrócić pierwotny kształt pod wpływem 300% naprężenia rozciągającego. 

Zdaniem zespołu siłownik ten można zastosować w wielu różnych sektorach, w tym w przemyśle i biomedycynie. Może to również mieć znaczenie w robotach przemysłowych, a dokładniej w przypadku chwytaków, które działają jak ludzkie ramię i podnoszą materiały. Robot tego typu potrafi także zamykać rany i pełnić funkcję sztucznych palców.

„Miękki robot aktywuje się w kontakcie z wilgocią, jest elastyczny i odkształcalny, dzięki czemu łatwo dostosowuje się do różnych środowisk” – wyjaśnił profesor Dong Sung Kim. „Ten nowo opracowany siłownik hydrożelowy jest bardzo mocny i szybko się uruchamia, co umożliwia pracę nawet w miejscach pozbawionych prądu dzięki wykorzystaniu energii chemicznej”.

Badania były wspierane w ramach Programu dla badaczy w połowie kariery oraz Programu rozwoju biomedycznego Core Technology finansowanego przez Ministerstwo Nauki i ICT oraz Koreańską Narodową Fundację Badawczą, a także z Projektu Alchemist finansowanego przez Ministerstwo Handlu, Przemysłu i Energii.