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由水激活的机器人可能是下一个前沿

发布时间:2019-05-23 10:38:17 来源:

来自哥伦比亚大学生物科学和物理学副教授Ozgur Sahin实验室的新研究表明,可以制造材料来制造柔软的致动器 - 将能量转化为物理运动的装置 - 强大而灵活,并且大多数重要的是,防水损坏。

“有一种不断增长的趋势,即我们可以与任何与环境相关的材料进行互动和触摸,”Sahin说。“我们找到了一种开发防水材料的方法,同时配备了利用水来提供驱动机械系统所需的力和运动。”

该研究于5月21日在线发表于Advanced Materials Technologies。

大多数传统的机器人系统很难,即由需要计算机运行的金属结构组成。软机器人使用不使用刚性骨架或电力来提供机械强度的材料。它们比硬机器人更容易制造并且更便宜,更能够进行复杂的运动并且更安全地在人类周围使用。

哥伦比亚研究人员开发的材料是由孢子的新组合 - 由细菌产生的单位,通常用作食品补充剂 - 和粘合剂。它们提供了材料的替代品,例如合成聚合物,通常用于硬质致动器,并且比通常用于软致动器的凝胶更好。与新材料相比,凝胶响应较慢,不能产生高功率或力,通常不能直接接触水。

虽然单个孢子是防水的,但它们非常小,必须通过光化学过程将它们结合在一起,其中高强度光立即将它们粘合在一起形成复合材料。研究人员使用廉价的商用紫外线,用于沙龙治疗指甲油。

一旦干燥,材料分层堆叠形成微观结构,其随湿度或湿度膨胀或收缩,产生机械功的力和运动。

“这就像用沙子制作床单或表面一样,”该研究的第一作者,研究团队成员,博士后研究科学家Onur Cakmak说。“这种材料非常颗粒状。”

在图案设计的指导下,多孔复合材料可以响应湿度或水而弯曲,折叠和展开。这使得软执行器具有灵活性和对周围环境的适应性,就像自然界中的生物一样。Cakmak表示,如果你想用这些材料制造有用的系统,那么图案化的能力是必不可少的。“

Sahin看到了新材料的许多潜在应用,从实用项目到艺术创作。当湿度过高时,由防水,湿度敏感复合材料制成的执行器可用于打开建筑物的窗户。这种材料也可以运动服装添加到织物中,以帮助汗液更快地蒸发。“我们正在为设计师提供材料,让他们快速实现他们的想法,”Sahin说。

他补充说,用于运行多年的应用程序仍需要进一步测试,但那些设计用于较短时间的应用程序可能已经可以使用了。

“在我们开展这项工作时,我们还学习了许多其他可能的用途,一些与设计有关,另一些与材料有关,可能是我们周围产品的一部分,”Sahin说。“这些可能会更快地影响到这一点。”

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