Robotter aktiveret af vand kan være den næste grænse

Ny forskning fra laboratoriet i Ozgur Sahin, lektor i biologiske videnskaber og fysik ved Columbia University, viser, at materialer kan fremstilles til at skabe bløde aktuatorer - enheder, der konverterer energi til fysisk bevægelse - der er stærke og fleksible, og, mest vigtige, modstandsdygtig over for vandskader.

"Der er en voksende tendens til at lave alt, hvad vi interagerer med og rører ved fra materialer, der er dynamiske og lydhøre over for miljøet, "Siger Sahin." Vi fandt en måde at udvikle et materiale, der er vandtæt endnu, på samme tid, udstyret til at udnytte vand for at levere den kraft og bevægelse, der er nødvendig for at aktivere mekaniske systemer. "

Forskningen blev offentliggjort online 21. maj i Avancerede materialeteknologier .

De fleste traditionelle robotsystemer er hårde, det er, sammensat af metalliske strukturer, der kræver, at en computer fungerer. Bløde robotter er skabt med materialer, der ikke bruger et stift skelet eller elektricitet til at give mekanisk styrke. De er enklere at lave og billigere end hårde robotter, mere i stand til komplekse bevægelser og sikrere at bruge omkring mennesker.

Materialet udviklet af Columbia -forskerne er lavet af en ny kombination af sporer - enheder produceret af bakterier, der ofte bruges som kosttilskud - og klæbemidler. De giver et alternativ til materialer, såsom syntetiske polymerer, almindeligt anvendt i hårde aktuatorer og er bedre end gelerne mere generelt brugt i bløde aktuatorer. Sammenlignet med det nye materiale, geler reagerer langsommere, kan ikke generere høj effekt eller kraft og mislykkes normalt i direkte kontakt med vand.

Selvom de enkelte sporer er vandtætte, de er så små, at de skal bindes sammen via en fotokemisk proces, hvor højintensitetslys øjeblikkeligt limer dem sammen til et kompositmateriale. Forskerne anvender en billig, kommercielt tilgængeligt UV -lys, der bruges i saloner til at helbrede neglelak.

Når den er tør, materialet stables i lag for at danne en mikroskopisk struktur, der udvider sig eller trækker sig sammen med fugtighed eller fugt, frembringe kraft og bevægelse af mekanisk arbejde.

"Det er som at lave plader eller overflader af sand, "siger postdoktoral forsker Onur Cakmak, hovedforfatter af undersøgelsen og medlem af forskerholdet. "Materialet er meget granulært."

Styret af mønsterdesignet, den porøse komposit kan bøje, fold og fold ud som reaktion på fugtighed eller vand. Dette giver de bløde aktuatorer smidighed og tilpasningsevne til deres omgivelser, meget gerne organismer i naturen. Evnen til at blive mønstret, siger Cakmak, "er afgørende, hvis du vil lave nyttige systemer ud af disse materialer."

Sahin ser mange potentielle applikationer til det nye materiale, fra praktiske genstande til kunstneriske kreationer. Aktuatorer fremstillet af vandtætte, fugtighedsfølsom komposit kunne bruges til at åbne en bygnings vinduer, når luftfugtigheden stiger for højt. Materialet kan også føjes til stof i atletisk tøj for at hjælpe sved med at fordampe hurtigere. "Vi leverer materiale til designere at arbejde med og får deres ideer realiseret hurtigt, "Siger Sahin.

Applikationer, der skal fungere i årevis, har stadig brug for yderligere test, tilføjer han, men dem, der er designet til kortere perioder, er måske allerede klar til brug.

"Mens vi arbejder på dette, vi lærer også mange andre mulige anvendelser, nogle relateret til design og andre til materialer, der kunne være en del af produkterne omkring os, "siger Sahin." Det kunne være steder, hvor virkningen af ​​dette kunne være hurtigere. "