Centimeter lang sneglerobot drives af lys

Forskere ved det fysiske fakultet ved universitetet i Warszawa, Polen, brugte flydende krystalelastomerteknologi til at demonstrere en bio-inspireret mikro-robot, der kunne efterligne den selvklæbende bevægelse af snegle og snegle i naturlig skala. Den 10 millimeter lange bløde robot høster energi fra en laserstråle og kan kravle på vandrette overflader, klatre op på lodrette vægge og et glasloft på hovedet.

At kravle ved at rejse deformation af en blød krop er en udbredt bevægelsesmåde - fra mikroskopiske nematoder til regnorme til gastropoder - dyr på tværs af skalaer bruger det til at bevæge sig rundt på forskellige, ofte udfordrende miljøer. snegle, i særdeleshed, brug slim - en glat, vandig sekretion - for at kontrollere interaktionen mellem deres ventrale fod og overfladen. Deres klæbende bevægelse har nogle unikke egenskaber:den kan bruges på forskellige overflader, herunder træ, metal, glas, teflon (PTFE) eller sand i forskellige konfigurationer, herunder kravle på hovedet. For robotteknologi, lav kompleksitet af en enkelt kontinuerlig fod kan tilbyde modstand mod ugunstige ydre forhold og slid, mens den konstante kontakt med jorden kan give høje margener for fejlmodstand. Klæbende bevægelse i robotter har hidtil været begrænset til eksternt drevet, centimeter-skala demonstratorer med elektromekaniske drev.

Flydende krystallinske elastomerer (LCE'er) er smarte materialer, der kan udvise makroskopiske, hurtig, reversibel formændring under forskellige stimuli, herunder belysning med synligt lys. De kan fremstilles i forskellige former i mikro- og millimeterskalaen og, gennem molekylær orienteringsteknik, kan udføre komplekse aktiveringsformer.

Forsker fra University of Warszawa med kolleger fra Institut for Matematiske Videnskaber ved Xi'an Jiaotong-Liverpool University i Suzhou, Kina, har nu udviklet en blød sneglerobot i naturlig skala baseret på den opto-mekaniske respons fra en flydende krystallinsk elastomer kontinuerlig aktuator. Robotfremdriften er drevet af lys-inducerede vandrende deformationer af den bløde krop og deres interaktion med det kunstige slimlag (glycerin). Robotten kan kravle med en hastighed på få millimeter i minuttet, omkring 50 gange langsommere end snegle af tilsvarende størrelse, også op ad en lodret væg, på et glasloft og på tværs af forhindringer.

"På trods af den langsomme hastighed, behov for konstant smøring og lav energieffektivitet, vores elastomer bløde robot tilbyder unik indsigt i mikromekanik med smarte materialer og kan også give en bekvem platform til at studere klæbende bevægelse, " siger Piotr Wasylczyk, leder af Photonic Nanostructure Facility ved Fakultet for Fysik ved University of Warszawa, Polen, der ledede undersøgelsen.

Forskere, som allerede har demonstreret en larverobot i naturlig skala, mener, at en ny generation af smarte materialer, sammen med nye fremstillingsteknikker vil de snart give dem mulighed for at udforske flere områder inden for blød robotteknologi i lille skala og mikromekanik.

Forskningen i bløde mikrorobotter og polymeraktuatorer er finansieret af National Science Center (Polen) inden for projektet "Micro-scale actuators based on photo-responsive polymers" og af det polske ministerium for videnskab og højere uddannelse med "Diamentowy Grant" "tildelt M. Rogoz.