Ученые из Колумбийского университета (США) разработали водостойкую пасту, которая может приводить в движение гибкие материалы при контакте с водой. С ее помощью можно создавать мягких роботов, которые будут реагировать на изменения окружающей среды, пишет EurekAlert! со ссылкой на сайте университета. Описание разработки появилось в журнале Advanced Materials Technologies.
Большинство традиционных роботизированных систем являются жесткими, то есть состоят из металлических конструкций, для работы которых требуется компьютер. Мягких же роботов делают из материалов, которые не используют жесткий каркас или электричество для механической прочности. Они проще в изготовлении и дешевле, чем жесткие роботы, а также более способны к сложным движениям и безопаснее в использовании.
«Существует растущая тенденция к созданию чего-либо, с чем мы взаимодействуем и к чему прикасаемся, из материалов, которые динамичны и реагируют на окружающую среду, – говорит руководитель исследования Озгур Сахин (Ozgur Sahin), профессор биологии и физики в Колумбийском университете. – Мы нашли способ разработать материал, который был бы водостойким, но в то же время мог бы использовать воду, чтобы привести в действие механическую систему».
Новый материал состоит из комбинации спор – единиц, производимых бактериями, которые часто используются в качестве пищевых добавок, – и адгезивов (веществ, способных соединять материалы с помощью поверхностного сцепления). Они обеспечивают альтернативу материалам, таким как синтетические полимеры, обычно используемые в жестких приводах, и гелям, широко применимых в мягких приводах. По сравнению с новым материалом гели реагируют медленнее, не могут генерировать большую мощность и обычно выходят из строя при прямом контакте с водой.
Хотя отдельные споры являются водостойкими, они настолько крошечные, что их необходимо связывать друг с другом с помощью фотохимического процесса, при котором интенсивный свет мгновенно склеивает их вместе. Исследователи используют недорогой, коммерчески доступный ультрафиолетовый свет – такой же, как в лампе для сушки гель-лака для ногтей, которую можно найти в любом салоне красоты.
После высыхания пористый материал укладывается слоями на «каркас» робота, образуя микроскопическую структуру, которая расширяется или сжимается от влаги, создавая силу и движение механической работы. Слои похожи на «листы» песка: материал состоит из множества «песчинок»-гранул.
Пористый композит может изгибаться, складываться и раскладываться в зависимости от уровня влажности или от контакта с водой. Это позволяет мягким приводам быстро реагировать на изменения окружающей среды – так же, как реагируют организмы в природе.
У нового материала большая сфера применения: его можно использовать как в практических предметах, так и в художественных произведениях. Например, приводы, изготовленные из водостойкого, чувствительного к влаге композита, могут автоматические открывать окна, когда уровень влажности сильно поднимается. Материал также можно добавить в ткань спортивной одежды, чтобы пот быстрее испарялся.
[Фото: OZGUR SAHIN LABORATORY]
