Naukowcy opracowali wodny, miękki robot inspirowany jeżowcami

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

Badania zostały opublikowane w Journal of Materials Chemistry A.

MCT i jeżowce

Nowy rozwój został zainspirowany przez zmienne tkanki kolagenowe (MCT) jeżowców. Ciało jeżowca składa się z MCT, co pozwala mu na twardnienie lub mięknienie w zależności od otoczenia. Moduł sprężystości jeżowców może zmieniać się nawet o 10 razy w ciągu kilku sekund, co pozwala im na przeciskanie się przez wąskie szczeliny lub napuszczanie, by zagrażać drapieżnikom. Mogą to robić, tworząc lub niszcząc wiązania wodorowe w tkankach kolagenowych, kontrolując regulatory chemiczne.

Aktywatory są sztywne i mogą zmieniać swój stan fizyczny za pomocą sygnału elektrycznego, podobnie jak silnik lub przełącznik. Niektóre miękkie aktywatory mogą reagować na wodę i używać jej jako źródła energii. Dla robotyki miękkiej, która wymaga swobody ruchu, miękkie aktywatory mogą pomóc w tym zakresie. Jednakże, istniejące miękkie aktywatory są często kruche i wolne, co uniemożliwia ich skuteczne zastosowanie.

Lepsze niż konwencjonalne miękkie aktywatory

Naukowcy zostali zainspirowani MCT jeżowców, które mogą swobodnie zmieniać kształt, reagując na wodę. Następnie opracowali programowalny aktuator oparty na hydrożelu PNIPAAm, który jest niezwykle elastyczny. Wykazał on siłę działania 200 razy większą i 300 razy szybszą niż konwencjonalne miękkie aktywatory, które wykorzystują wodę jako źródło energii. Aktywatory te mogą nawet wykorzystywać wodę jako źródło energii, gdy temperatura wody wynosi 80 stopni Celsjusza.

W trakcie różnych testów aktuator wykazał, że jest wystarczająco wytrzymały, aby odzyskać swój pierwotny kształt po poddaniu go 300% odkształcenia rozciągającego.

Zgodnie z oświadczeniem zespołu, ten aktuator może być wykorzystany w wielu różnych sektorach, w tym w przemyśle i medycynie. Może również znacząco wpłynąć na roboty przemysłowe, w szczególności na chwytaki, które działają jak ludzkie ramiona i podnoszą materiały. Ten typ robota może również zamykać rany i działać jako sztuczne palce.

„Miękki robot aktywuje się, gdy ma kontakt z wilgocią i jest elastyczny oraz deformowalny, aby łatwo dostosować się do różnych środowisk”, wyjaśnił profesor Dong Sung Kim. „Ten nowo opracowany hydrożelowy aktuator jest bardzo potężny i działa szybko, umożliwiając działanie nawet w miejscach bez prądu, wykorzystując energię chemiczną.”

Badania zostały wsparte przez Program Badawczy dla Średniozaawansowanych Naukowców i Program Rozwoju Technologii Biomedycznych finansowany przez Ministerstwo Nauki i ICT oraz Narodową Fundację Badań Naukowych Korei, a także Projekt Alchemik finansowany przez Ministerstwo Handlu, Przemysłu i Energii.