Исследователи разработали водо-управляемого мягкого робота, вдохновленного морскими огурцами

Команда исследователей из кафедры механической инженерии POSTECH разработала самоуправляемый мягкий актуатор, работающий на воде, который быстрее и сильнее, чем традиционные мягкие актуаторы. Команду возглавляли профессор Дон Сунг Ким, доктор Эндрю Чой и Хёнсок Хан.

Исследование было опубликовано в Журнале материаловедения А.

MCT и морские огурцы

Новое развитие было вдохновлено мутабельной коллагеновой тканью (MCT) морских огурцов. Тело морского огурца состоит из MCT, которая позволяет ему твердеть или размягчаться в зависимости от окружающей среды. Модуль упругости морских огурцов может меняться до 10 раз всего за несколько секунд, и это позволяет им проходить через узкие щели или надуваться, чтобы запугать хищников. Они могут делать это, образуя или разрушая водородные связи в коллагеновых тканях, контролируя химические регуляторы.

Актуаторы жесткие и могут изменять свое физическое состояние с помощью электрического сигнала, подобно мотору или переключателю. Некоторые мягкие актуаторы, с другой стороны, могут реагировать на воду и использовать ее в качестве источника энергии. Для мягкой робототехники, требующей свободы движения, мягкие актуаторы могут помочь в этом отношении. Однако существующие мягкие актуаторы часто хрупкие и медленные, что означает, что они не могут быть эффективно применены.

Преимущества перед традиционными мягкими актуаторами

Исследователи были вдохновлены MCT морских огурцов, которые могут свободно менять форму, реагируя на воду. Затем они разработали актуатор, который программируется и основан на объемном гидрогеле PNIPAAm, который чрезвычайно гибок. Он продемонстрировал силу актуации в 200 раз больше и скорость в 300 раз быстрее, чем традиционные мягкие актуаторы, которые полагаются на воду в качестве источника энергии. Эти актуаторы даже могут использовать воду в качестве источника энергии при температуре 80 градусов Цельсия.

Через различные тесты актуатор продемонстрировал, что он достаточно прочен, чтобы восстановить свою исходную форму при растяжении на 300%.

По мнению команды, этот актуатор может быть использован в различных секторах, включая промышленный и биомедицинский. Он также может сделать разницу в промышленных роботах, в частности, с захватами, которые действуют как человеческая рука и поднимают материалы. Этот тип робота также может закрывать раны и действовать как искусственные пальцы.

«Мягкий робот активируется, когда он соприкасается с влагой, и он гибкий и деформируемый, чтобы легко адаптироваться к различным средам», – объяснил профессор Дон Сунг Ким. «Этот новый гидрогельный актуатор очень мощный и быстро действует, чтобы обеспечить работу даже в местах без электричества, используя химическую энергию».

Исследование было поддержано программой Mid-career Researcher и программой Core Technology Biomedical Development, финансируемой Министерством науки и информационно-коммуникационных технологий и Национальным исследовательским фондом Кореи, а также проектом Alchemist, финансируемым Министерством торговли, промышленности и энергетики.