Teknikken bruger magneter, lys til at styre og omkonfigurere bløde robotter

Forskere fra North Carolina State University og Elon University har udviklet en teknik, der giver dem mulighed for at fjernstyre bevægelsen af ​​bløde robotter, lås dem på plads så længe det er nødvendigt, og omkonfigurer dem senere til nye former. Teknikken er afhængig af lys og magnetiske felter.

"Vi er særligt begejstrede for omkonfigurerbarheden, " siger Joe Tracy, en professor i materialevidenskab og teknik ved NC State og tilsvarende forfatter til et papir om arbejdet. "Ved at konstruere materialets egenskaber, vi kan fjernstyre den bløde robots bevægelse; vi kan få det til at holde en given form; vi kan derefter returnere robotten til dens oprindelige form eller yderligere ændre dens bevægelse; og det kan vi gøre gentagne gange. Alle disse ting er værdifulde, i form af denne teknologis anvendelighed i biomedicinske eller rumfartsapplikationer."

Til dette arbejde, forskerne brugte bløde robotter lavet af en polymer indlejret med magnetiske jernmikropartikler. Under normale forhold, materialet er relativt stift og holder formen. Imidlertid, forskere kan varme materialet op ved hjælp af lys fra en lysdiode (LED), hvilket gør polymeren smidig. Når først de er bøjelige, forskere demonstrerede, at de kunne fjernstyre robottens form ved at anvende et magnetfelt. Efter at have dannet den ønskede form, forskere kunne fjerne LED-lyset, giver robotten mulighed for at genoptage sin oprindelige stivhed – og låser effektivt formen på plads.

Ved at påføre lyset en anden gang og fjerne magnetfeltet, kunne forskerne få de bløde robotter til at vende tilbage til deres oprindelige former. Eller de kunne anvende lyset igen og manipulere magnetfeltet for at flytte robotterne eller få dem til at antage nye former.

I eksperimentel afprøvning, forskerne viste, at de bløde robotter kunne bruges til at danne "gribere" til at løfte og transportere genstande. De bløde robotter kunne også bruges som udkragere, eller foldet til "blomster" med kronblade, der bøjer i forskellige retninger.

"Vi er ikke begrænset til binære konfigurationer, såsom at en griber enten er åben eller lukket, " siger Jessica Liu, førsteforfatter af papiret og en ph.d. studerende ved NC State. "Vi kan styre lyset for at sikre, at en robot vil holde sin form på ethvert tidspunkt."

Ud over, forskerne udviklede en beregningsmodel, der kan bruges til at strømline den bløde robotdesignproces. Modellen giver dem mulighed for at finjustere en robots form, polymer tykkelse, overfloden af ​​jernmikropartikler i polymeren, og størrelsen og retningen af ​​det påkrævede magnetfelt, før man konstruerer en prototype for at udføre en specifik opgave.

"Næste trin omfatter optimering af polymeren til forskellige applikationer, " siger Tracy. "F.eks. ingeniørpolymerer, der reagerer ved forskellige temperaturer for at imødekomme behovene for specifikke applikationer."

Papiret, "Fototermisk og magnetisk styret rekonfiguration af polymerkompositter til blød robotik, " står i journalen Videnskabens fremskridt . Første forfatter af papiret er Jessica Liu, en ph.d. studerende ved NC State. Avisen var medforfatter af Jonathan Gillen, en tidligere undergraduate ved NC State; Sumeet Mishra, en tidligere ph.d. studerende ved NC State; og Benjamin Evans, en lektor i fysik ved Elon University.