Дослідники розробили водонапірний м’який робот, натхненний морськими огурцями

Команда дослідників кафедри механічної інженерії POSTECH розробила водонапірний самооперуючий м’який актуатор, який є швидшим і сильнішим за традиційні м’які актуатори. Команду очолювали професор Дон Сунг Кім, доктор Ендрю Чой і Хьонсок Хан.

Дослідження було опубліковано в Журналі матеріалів хімії А.

MCT і морські огурці

Нова розробка була натхнена мутабельним колагеновим тканиною (MCT) морських огурців. Тіло морського огурця складається з MCT, яка дозволяє йому тверднути або м’якнути залежно від навколишнього середовища. Модуль пружності морських огурців може змінюватися до 10 раз за кілька секунд, що дозволяє їм проходити через вузькі щілини або надуватися, щоб загрожувати хижакам. Вони можуть це робити, утворюючи або руйнуючи водневі зв’язки в колагенових тканинах шляхом контролю хімічних регуляторів.

Актуатори є жорсткими і можуть змінювати свій фізичний стан за допомогою зміни електричного сигналу, подібно до мотора або перемикача. Деякі м’які актуатори, з іншого боку, можуть реагувати на воду і використовувати її як джерело енергії. Для м’якої робототехніки, яка вимагає свободи руху, м’які актуатори можуть допомогти в цьому відношенні. Однак існуючі м’які актуатори часто хрупкі і повільні, що означає, що вони не можуть бути ефективно застосовані.

Найкращий за традиційні м’які актуатори

Дослідники були натхнені MCT морських огурців, які можуть вільно змінювати форму, реагуючи на воду. Вони розробили актуатор, який є програмованим і заснованим на гідрогелі PNIPAAm, який є дуже гнучким. Він продемонстрував силу дії в 200 разів більшу і 300 разів швидшу, ніж традиційні м’які актуатори, які залежать від води як джерела енергії. Ці актуатори навіть можуть використовувати воду як джерело енергії при температурі 80 градусів Цельсія.

Через різні тести актуатор продемонстрував, що він достатньо міцний, щоб відновити свою первинну форму при деформації на 300%.

Згідно з командою, цей актуатор може бути використаний у багатьох різних галузях, включаючи промислову та біомедичну сфери. Він також може зробити різницю в промислових роботах, зокрема, у захватних пристроях, які діють як людська рука і піднімають матеріали. Такий робот також може закрити рани і діяти як штучні пальці.

«М’який робот активується, коли він вступає у контакт з вологістю, і є гнучким і деформованим, щоб легко адаптуватися до різних середовищ», – пояснив професор Дон Сунг Кім. «Цей новий гідрогельний актуатор дуже потужний і швидко діє, щоб забезпечити роботу навіть у місцях без електрики за допомогою хімічної енергії».

Дослідження було підтримано програмою Mid-career Researcher Program і програмою Core Technology Biomedical Development Program, фінансуванням Міністерства науки і інформаційно-комунікаційних технологій та Національного дослідницького фонду Кореї, а також проєктом Alchemist, фінансуванням Міністерства торгівлі, промисловості та енергетики.