Изменяющие форму материалы могут стать основой для мягкого робота следующего поколения

Инженеры Университета Макгилла разработали новые ультратонкие материалы, которые можно запрограммировать на перемещение, складывание и изменение формы, подобно анимированному оригами. Они открывают двери для более мягких, безопасных и более адаптируемых роботов, которых можно было бы использовать в медицинских инструментах, которые мягко перемещаются внутри тела, в носимых устройствах, меняющих форму на коже, или в умной упаковке, реагирующей на окружающую среду.

Исследование, проведенное совместно лабораториями Хамида Акбарзаде из Департамента биоресурсной инженерии и Марты Черрути из Департамента горного дела и материаловедения, показывает, как простые, похожие на бумагу листы, изготовленные из свернутого оксида графена (ГО), можно превратить в крошечные устройства, которые ходят, крутятся, переворачиваются и ощущают собственное движение. Два связанных исследования демонстрируют, как эти материалы можно производить в больших масштабах, запрограммировать на изменение формы и контролировать либо влажностью, либо магнитными полями.

Исследования опубликованы в Горизонты материалов и Передовая наука.

«Пленки из оксида графена очень перспективны для мягких роботов и адаптивных приводов следующего поколения, однако их реальное применение остается ограниченным, поскольку они хрупкие, их сложно производить в больших масштабах и они неспособны генерировать сложное или программируемое движение», — сказал Черрути. Привод преобразует энергию в движение для создания контролируемого движения или функциональности.

Команда создала прочные и гибкие пленки GO. Эти материалы хорошо подходят для использования в мягких роботах, которые должны быть легкими, безопасными для людей и способными сложным образом передвигаться без тяжелых двигателей или жестких частей.

Исследователи использовали пленки GO для создания структур, которые могут реагировать на повседневные условия окружающей среды. В первом исследовании было конструкция, похожая на оригами открывается при воздействии влаги и снова закрывается при высыхании. Во втором исследовании подобные формы сочетались с крошечные магнитные частицы поэтому ими можно управлять дистанционно с помощью магнита, без проводов и батареек.

слой оксида графенаИсследователи обнаружили, что присущая им способность проводить электричество таким образом, который меняется по мере изгиба материала, позволяет сложенным структурам ощущать собственное движение. Это позволяет конструкциям действовать одновременно как приводы, которые движутся, и как датчики, измеряющие движение.

«Эти достижения позволяют создавать надежные, реконфигурируемые и многофункциональные метаматериалы GO, способные к сложному движению, определяемым пользователем изменению формы, интегрированному зондированию и обратной связи в реальном времени, что знаменует появление первых реконфигурируемых метаматериалов сенсорных актуаторов», — сказал Акбарзаде.