Små murstensprængende muskler til miniaturerobotter er hentet fra træ
Træ er kilden til et murstensbrydende mini-robotmuskelmateriale udviklet af forskere i Sverige og Tyskland. Materialet – en specialudviklet hydrogel – kan formskifte, udvide sig og trække sig sammen efter behov, når det styres med elektroniske impulser på mindre end 1 volt.
Robotteknologi er blot en potentiel anvendelse af materialet, som er lavet med cellulose nanofibre (CNF'er) afledt af træ. Teknologien giver også muligheder inden for medicin og biokemisk produktion.
Resultaterne blev rapporteret i Advanced Materials af forskere ved KTH.
I modsætning til robotmuskler, der udvider sig med kraften fra trykluft eller væske, svulmer disse hydrogeler på grund af vandbevægelse drevet af elektrokemiske impulser, siger Tobias Benselfelt, forsker ved KTH Royal Institute of Technologys afdeling for Fiberteknologi.
Materialets nøglekomponenter er vand, kulstofnanorør som leder og cellulosenanofibre, der kommer fra træmasse. Selvom materialet er en hydrogel, fremstår det som strimler af plastik, når det kombineres med kulstof nanofibre.
Materialets styrke kommer fra orienteringen af nanofibrene i samme retning, ligesom i trækorn. "Nanofiberhydrogeler svulmer enakset - på en enkelt akse - og genererer højt tryk," siger Benselfelt. "Et enkelt stykke 15 x 15 cm kan løfte en 2-tons bil."
Materialets hævelse kan styres elektronisk som et resultat af tilsætning af ledende kulstofnanorør til hydrogelen, hvilket skaber, hvad forskerne kalder elektrokemiske osmotiske hydrogelaktuatorer.
KTH-professor Max Hamedi, der var medforfatter til værket, siger, at inspirationen til projektet kom fra den måde, planter vokser på.
"Tænk på, hvor stærke planter er," siger Hamedi. "Træer kan vokse op gennem fortovet med de samme kræfter, som vi anvender - vi kontrollerer bare den kraft elektronisk."
Et spændende aspekt af forskningen er, at materialets porøsitet kan styres elektronisk," siger Benselfelt. Porøsiteten kan øges med op til 400 procent, hvilket gør disse hydrogeler til et ideelt materiale til elektrotunerbare membraner til at adskille eller distribuere molekyler eller lægemidler in situ.
Denne præcist kontrollerede ekspansion er også det, der gør materialet i stand til at udøve tilstrækkelig kraft til at bryde en lille mursten, hvilket forskerne demonstrerede i forbindelse med deres undersøgelse. Selvom forskerne indtil videre forestiller sig, at deres brug er begrænset til små enheder såsom ventiler eller kontakter i mikrofluidik. "I øjeblikket kommer de i tynde plader, hvilket begrænser deres brug som kunstige muskler til større robotter," siger Hamedi.
Ser man længere ud i fremtiden, kunne en mulig robotapplikation være i undervandsrobotter. Benselfelt siger, at disse kan bruges på store dybder, da hydrogeler ikke kan komprimeres af vandtryk.
"Generelt er det et skridt i retning af bløde maskiner, der er naturtro. Denne vision ligger dog meget langt ude i fremtiden," siger han.
En anden fordel ved teknologien er, at den er relativt billig at fremstille. Holdet fortsætter med at optimere materialet, 3D-printe elektroniske muskler og studere, hvordan man skalerer det til kommerciel brug.
Forskningen blev udført på KTH Royal Institute of Technology og Digital Cellulose Center og involverede samarbejdspartnere ved Max Planck Institute of Intelligent Systems, Linköping University og Technische Universität Braunschweig.
Flere oplysninger: Tobias Benselfelt et al., Elektrokemisk kontrollerede hydrogeler med elektrotunerbar permeabilitet og enakset aktivering, Avancerede materialer (2023). DOI:10.1002/adma.202303255
Journaloplysninger: Avanceret materiale
Leveret af KTH Royal Institute of Technology
Varme artikler
-
Pop-up elektroniske sensorer kunne registrere, når individuelle hjerteceller opfører sig forkertEnhed med et opskaleret FET-sensorarray til måling af elektriske signaler i en 3D-hjertevævskonstruktion. Kredit:Yue Gu Ingeniører ved University of California San Diego har udviklet et kraftfuldt -
Bygget til hastighed:DNA-nanomaskiner tager et (hurtigt) skridt fremadGennem en proces kendt som strengforskydning, en lillebitte gåanordning, der består af DNA, bevæger sig hen over en overflade i en rullende bevægelse. Den nye enhed udførte denne bedrift hurtigere end -
Nanoskala billeddannelse af dopant nanostrukturer i silicium-baserede enhederKredit:Gramse et al. Ved fremstilling af integrerede kredsløb og forskellige typer siliciumbaserede enheder, forskere skal placere doping-nanostrukturer på specifikke måder med høje præcisionsnive -
Nanotech giver store fremskridt inden for varmeoverførsel, køleteknologierDenne belægning på nanoskala-niveau af zinkoxid oven på en kobberplade rummer potentialet til dramatisk at øge varmeoverførselsegenskaberne og føre til en revolution inden for varme- og køleteknologi,
- Ny kvantesandsynlighedsregel tilbyder et nyt perspektiv på bølgefunktionskollaps
- Politisk ekstreme amter kan fungere som magneter, migrationsmønstre tyder på
- Tesla ser på at bygge lithiumraffinaderi i Texas
- Canadiske Radarsat-satellitter blev opsendt ombord på SpaceX-raketten
- Google vil advare dig, når dine adgangskoder er for enkle at gætte og bruges for ofte
- Tumorkode, en software til at simulere vaskulariserede tumorer