Forskare utvecklar vattendriven mjuk robot inspirerad av sjögurkor

Ett team av forskare vid POSTECH:s institution för maskinteknik har utvecklat ett vattendrivet självgående mjukt ställdon, och det är snabbare och starkare än konventionella mjuka ställdon. Teamet leddes av professor Dong Sung Kim, Dr Andrew Choi och Hyeonseok Han. 

Forskningen publicerades i Journal of Materials Chemistry A.

MCT och sjögurkor

Den nya utvecklingen inspirerades av den föränderliga kollagenvävnaden (MCT) från sjögurkor. En sjögurkas kropp är gjord av MCT, vilket gör att den kan stelna eller mjukna beroende på den omgivande miljön. Elasticitetsmodulen hos sjögurkor kan ändras upp till 10 gånger på bara några sekunder, och det är detta som gör att de kan passa genom små springor eller blåsa upp för att hota rovdjur. De kan göra detta genom att bilda eller förstöra vätebindningar i kollagenvävnad genom att kontrollera kemiska regulatorer.

Ställdon är stela och kan ändra sina fysiska tillstånd genom att använda elektrisk signalförändring, liknande en motor eller omkopplare. Vissa mjuka ställdon, å andra sidan, kan reagera på vatten och använda det som en energikälla. För mjuk robotik som kräver rörelsefrihet kan mjuka ställdon hjälpa till i detta avseende. Med det sagt är befintliga mjuka ställdon ofta ömtåliga och långsamma, vilket innebär att de inte kan appliceras effektivt.

Överlägsen konventionella mjuka ställdon

Forskarna inspirerades av sjögurkans MCT, som fritt kan ändra form genom att reagera med vatten. De utvecklade sedan ett ställdon som är programmerbart och baserat på bulk PNIPAAm hydrogel, som är extremt flexibel. Den visade en manöverkraft 200 gånger större och 300 gånger snabbare än konventionella mjuka manöverdon som är beroende av vatten som energikälla. Dessa ställdon kan till och med använda vattnet som energikälla när det är på 80 grader Celsius. 

Genom olika tester visade ställdonet att det var tillräckligt robust för att återställa den ursprungliga formen när det utsätts för 300 % dragpåkänning. 

Enligt teamet kan detta manöverdon användas inom många olika sektorer, inklusive de industriella och biomedicinska områdena. Det kan också göra skillnad i industrirobotar, mer specifikt, med gripdon som fungerar som en mänsklig arm och lyftmaterial. Denna typ av robot kan också stänga sår och fungera som konstgjorda fingrar.

"Den mjuka roboten aktiveras när den kommer i kontakt med fukt och är flexibel och deformerbar för att enkelt anpassa sig till olika miljöer", förklarade professor Dong Sung Kim. "Detta nyutvecklade hydrogelmanöverdon är mycket kraftfullt och aktiveras snabbt för att möjliggöra drift även på platser utan elektricitet genom att använda kemisk energi."

Forskningen stöddes av Mid-career Researcher Program och Core Technology Biomedical Development Program finansierat av ministeriet för vetenskap och IKT och National Research Foundation of Korea, och Alchemist Project finansierat av ministeriet för handel, industri och energi.