Các nhà nghiên cứu phát triển rô-bốt mềm tự hoạt động bằng nước lấy cảm hứng từ hải sâm

Một nhóm các nhà nghiên cứu tại Bộ môn Kỹ thuật Cơ khí của POSTECH đã phát triển một bộ phận tự hoạt động mềm được điều khiển bằng nước, và nó nhanh hơn và mạnh hơn so với các bộ phận mềm thông thường. Nhóm nghiên cứu này được dẫn dắt bởi Giáo sư Dong Sung Kim, Tiến sĩ Andrew Choi và Hyeonseok Han.

Nghiên cứu này đã được công bố trên Tạp chí Hóa học Vật liệu A.

MCT và Hải sâm

Sự phát triển mới này được lấy cảm hứng từ mô collagen biến đổi (MCT) của hải sâm. Cơ thể của hải sâm được làm từ MCT, cho phép nó cứng lại hoặc mềm ra tùy thuộc vào môi trường xung quanh. Mô đun đàn hồi của hải sâm có thể thay đổi lên đến 10 lần chỉ trong vài giây, và đây là điều cho phép chúng đi qua các khe hở nhỏ hoặc phồng lên để đe dọa kẻ thù. Chúng có thể làm điều này bằng cách tạo hoặc phá hủy các liên kết hydro trong mô collagen bằng cách kiểm soát các chất điều chỉnh hóa học.

Các bộ phận tự hoạt động là cứng và có thể thay đổi trạng thái vật lý của chúng bằng cách sử dụng tín hiệu điện thay đổi, tương tự như một động cơ hoặc công tắc. Một số bộ phận tự hoạt động mềm có thể phản ứng với nước và sử dụng nó làm nguồn năng lượng. Đối với rô-bốt mềm yêu cầu sự tự do trong chuyển động, các bộ phận tự hoạt động mềm có thể giúp trong khía cạnh này. Tuy nhiên, các bộ phận tự hoạt động mềm hiện có thường dễ vỡ và chậm, có nghĩa là chúng không thể được áp dụng hiệu quả.

Siêu vượt trội so với Bộ phận tự hoạt động mềm thông thường

Các nhà nghiên cứu đã được lấy cảm hứng từ MCT của hải sâm, có thể thay đổi hình dạng tự do bằng cách phản ứng với nước. Sau đó, họ đã phát triển một bộ phận tự hoạt động có thể lập trình và dựa trên hydrogel PNIPAAm khối, cực kỳ linh hoạt. Nó đã chứng minh một lực hoạt động 200 lần lớn hơn và 300 lần nhanh hơn so với các bộ phận tự hoạt động mềm thông thường dựa trên nước làm nguồn năng lượng. Các bộ phận tự hoạt động này thậm chí có thể sử dụng nước làm nguồn năng lượng khi nó ở 80 độ Celsius.

Qua các thử nghiệm, bộ phận tự hoạt động đã chứng minh rằng nó đủ mạnh để khôi phục hình dạng ban đầu khi bị kéo giãn 300%.

Theo nhóm nghiên cứu, bộ phận tự hoạt động này có thể được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, bao gồm công nghiệp và y sinh. Nó cũng có thể tạo ra sự khác biệt trong rô-bốt công nghiệp, cụ thể là với các gripper hoạt động như một cánh tay người và nâng vật liệu. Loại rô-bốt này cũng có thể đóng vết thương và hoạt động như ngón tay nhân tạo.

“Rô-bốt mềm hoạt động khi nó tiếp xúc với độ ẩm và linh hoạt, dễ biến dạng để thích nghi với các môi trường khác nhau,” Giáo sư Dong Sung Kim giải thích. “Bộ phận tự hoạt động hydrogel mới này rất mạnh và hoạt động nhanh để cho phép hoạt động ngay cả ở những nơi không có điện bằng cách sử dụng năng lượng hóa học.”

Nghiên cứu này được hỗ trợ bởi Chương trình Nghiên cứu viên Trung cấp và Chương trình Phát triển Công nghệ Cốt lõi Y sinh do Bộ Khoa học và Công nghệ Thông tin và Quỹ Nghiên cứu Quốc gia Hàn Quốc tài trợ, và Dự án Alchemist do Bộ Thương mại, Công nghiệp và Năng lượng tài trợ.