Vil stærk og hurtigt skiftende kunstig muskel være mulig?

I den amerikanske actionfilm "Pacific Rim" kæmper gigantiske robotter kaldet "Jaegers" mod ukendte monstre for at redde menneskeheden. Disse robotter er udstyret med kunstige muskler, der efterligner ægte levende kroppe og besejrer monstre med kraft og hurtighed. Der bliver forsket i at udstyre rigtige robotter med kunstige muskler som dem, der vises i filmen. Imidlertid kan den kraftige styrke og høje hastighed i kunstige muskler ikke aktualiseres, da den mekaniske styrke (kraft) og ledningsevne (hastighed) af polymerelektrolyt - nøglematerialerne, der driver aktuatoren - har modstridende egenskaber.

Et POSTECH-forskerhold ledet af professor Moon Jeong Park, professor Chang Yun Son og forskningsprofessor Rui-Yang Wang fra Institut for Kemi har udviklet et nyt koncept for polymerelektrolyt med forskellige funktionelle grupper placeret i en afstand af 2Å. Denne polymerelektrolyt er i stand til både ion- og hydrogenbindingsinteraktioner og åbner derved muligheden for at løse disse modsætninger. Resultaterne fra denne undersøgelse er for nylig blevet offentliggjort i Advanced Materials .

Kunstige muskler bruges til at få robotter til at bevæge deres lemmer naturligt, som mennesker kan. For at drive disse kunstige muskler kræves en aktuator, der udviser mekanisk transformation under lavspændingsforhold. På grund af beskaffenheden af ​​den polymerelektrolyt, der anvendes i aktuatoren, kunne styrke og hastighed imidlertid ikke opnås samtidigt, fordi øget muskelstyrke sænker omskiftningshastigheden og øget hastighed reducerer styrken.

For at overvinde de hidtil præsenterede begrænsninger introducerede forskningen det innovative koncept med bifunktionel polymer. Ved at danne en endimensionel ionkanal, der er flere nanometer bred inde i polymermatrixen, der er hård som glas, blev der opnået en superionisk polymerelektrolyt med både høj ionisk ledningsevne og mekanisk styrke.

Resultaterne fra denne undersøgelse har potentiale til at skabe innovationer inden for blød robotteknologi og bærbar teknologi, da de kan anvendes til udvikling af en hidtil uset kunstig muskel, der forbinder et bærbart batteri (1,5 V), producerer hurtig skift på flere millisekunder (tusindedele af et sekund) ), og stor styrke. Desuden forventes disse resultater at blive anvendt i næste generation af elektrokemiske enheder i fast tilstand og meget stabile lithiummetalbatterier. + Udforsk yderligere

Ny vej til næste generation af polymerbaseret batteridesign