Мягкие роботы позеленеют из-за новой технологии

Искусственные мышцы — это прогрессирующая технология, которая в один прекрасный день может позволить роботам действовать подобно живым организмам.

Такие мышцы открывают новые возможности в том, как роботы могут менять мир вокруг нас: от вспомогательных носимых устройств, которые могут изменить наши физические возможности в пожилом возрасте, до роботов-спасателей, которые способны перемещаться по завалам в поисках пропавших людей. Но то, что искусственные мышцы могут оказывать сильное влияние на общество во время использования, не означает, что они должны оказывать сильное влияние на окружающую среду.

Тему устойчивости в мягкой робототехнике рассматривает международная группа исследователей из Института интеллектуальных систем Макса Планка (MPI-IS) в Штутгарте (Германия), Университета Иоганна Кеплера (JKU) в Линце (Австрия) и Университета Колорадо (CU Boulder) в Боулдере (США). Совместными усилиями ученые разработали полностью биоразлагаемую высокоэффективную искусственную мышцу на основе желатина, масла и биопластика. Они продемонстрировали потенциал этой биоразлагаемой технологии, используя ее для приведения в действие роботизированного захвата, который может быть особенно полезен при одноразовом использовании, например, для сбора отходов. По окончании срока службы эти искусственные мышцы можно утилизировать в компостных контейнерах; в контролируемых условиях они полностью разлагаются в течение шести месяцев.

Мы видим острую необходимость в устойчивых материалах в развивающейся области мягкой робототехники. Биоразлагаемые детали могут предложить устойчивое решение, особенно для одноразовых применений, таких как медицинские операции, поисково-спасательные операции и манипуляции с опасными веществами. Вместо того чтобы скапливаться на свалках в конце срока службы, роботы будущего могут стать компостом для роста растений в будущем, — говорит Эллен Рамли, приглашенный ученый из Калифорнийского университета в Боулдере, работающий в отделе робототехнических материалов в MPI-IS.

Рамли является одним из первых авторов статьи «Биоразлагаемые электрогидравлические актуаторы для устойчивых мягких роботов», которая опубликована в журнале Science Advances 22 марта 2023 года.

В частности, команда исследователей создала искусственную мышцу с электрическим приводом под названием HASEL. По сути, HASEL представляют собой заполненные маслом пластиковые мешочки, которые частично покрыты парой электрических проводников, называемых электродами. При подаче высокого напряжения на пару электродов на них накапливаются противоположные заряды, создавая между ними силу, которая выталкивает масло в свободную от электродов область мешочка. Эта миграция масла заставляет мешочек сокращаться, подобно настоящей мышце. Ключевым условием деформации HASEL является то, что материалы, из которых состоят пластиковый пакет и масло, являются электрическими изоляторами, которые могут выдерживать высокие электрические напряжения, создаваемые заряженными электродами.

Одной из задач этого проекта была разработка проводящего, мягкого и полностью биоразлагаемого электрода. Исследователи из Университета Иоганна Кеплера создали рецепт на основе смеси биополимерного желатина и солей, который можно напрямую отливать на актуаторах HASEL. «Для нас было важно создать электроды, подходящие для таких высокопроизводительных приложений, но с легкодоступными компонентами и доступной стратегией изготовления. Поскольку нашу формулу можно легко интегрировать в различные типы систем с электрическим приводом, она служит строительным блоком для будущих биоразлагаемых приложений», — говорит Дэвид Пренингер, соавтор проекта и ученый из Отдела физики мягкой материи JKU.

Следующим шагом стал поиск подходящих биоразлагаемых пластиков. Инженеры, занимающиеся разработкой материалов такого типа, в основном обращают внимание на такие свойства, как скорость разложения или механическая прочность, а не на электрическую изоляцию, что является требованием для HASEL, работающих при напряжении в несколько тысяч вольт. Тем не менее, некоторые биопластики показали хорошую совместимость с желатиновыми электродами и достаточную электрическую изоляцию. HASEL, изготовленные из одной конкретной комбинации материалов, даже смогли выдержать 100 000 циклов срабатывания при напряжении в несколько тысяч вольт без признаков электрического сбоя или потери производительности. Эти биоразлагаемые искусственные мышцы электромеханически конкурентоспособны по сравнению с их небиоразлагаемыми аналогами, что является захватывающим результатом для продвижения устойчивости в технологии искусственных мышц.

Показав выдающиеся характеристики этой новой системы материалов, мы стимулируем робототехническое сообщество рассматривать биоразлагаемые материалы как жизнеспособный вариант материала для создания роботов, — продолжает Эллен Рамли.

— Тот факт, что мы достигли таких высоких результатов с биопластиком, надеюсь, также мотивирует других ученых-материаловедов на создание новых материалов с учетом оптимизированных электрических характеристик.

Поскольку «зеленые» технологии становятся все более актуальными, исследовательский проект команды является важным шагом на пути к смене парадигмы в мягкой робототехнике. Использование биоразлагаемых материалов для создания искусственных мышц — это всего лишь один шаг на пути к созданию будущего устойчивых робототехнических технологий.

22.03.2023


Подписаться в Telegram



Экология

NREE: Виноградари всего мира бьют тревогу из-за изменения климата
NREE: Виноградари всего мира бьют тревогу из-за изменения климата

Виноград, выращиваемый для производства в...

Climate Dynamics: Вот как условия на суше влияют на муссонный климат Азии
Climate Dynamics: Вот как условия на суше влияют на муссонный климат Азии

Исследователи из Токийского столичного ун...

Лаборатория Sandia нашла новые подсказки о потеплении в Арктике
Лаборатория Sandia нашла новые подсказки о потеплении в Арктике

Арктика, ледяная корона Земли, переживает клим...

EHP: Изменение климата может повлиять на вес детей при рождении
EHP: Изменение климата может повлиять на вес детей при рождении

Изменение климата может представлять большую о...

Natural Hazards: Смешанные леса защищают от цунами лучше монокультурных
Natural Hazards: Смешанные леса защищают от цунами лучше монокультурных

Прибрежные леса в Японии преимущественно ...

PTRSB: Эволюция может помешать людям решить проблему изменения климата
PTRSB: Эволюция может помешать людям решить проблему изменения климата

Центральные особенности эволюции человека могу...

Ртуть в тропиках — скрытая опасность
Ртуть в тропиках — скрытая опасность

Неоново-зеленые капюшоны, бирюзовые брюшки, на...

Открыт 3D-материал, способный расщеплять стойкий загрязнитель водоемов
Открыт 3D-материал, способный расщеплять стойкий загрязнитель водоемов

Бразильские исследователи протестировали фоток...

Physics of Fluids: Снежинки помогут ученым составлять прогноз погоды
Physics of Fluids: Снежинки помогут ученым составлять прогноз погоды

В ходе исследования, которое может улучшить пр...

Ученые выяснили, как получить менее липкий лед
Ученые выяснили, как получить менее липкий лед

Готовясь к зиме многие американцы столкну...

Механические устройства для очистки водоемов от пластика ненадежны
Механические устройства для очистки водоемов от пластика ненадежны

Международная группа ученых предостерегла от&n...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Созданы чернила для 3D-печати гибких устройств без механических соединений
Созданы чернила для 3D-печати гибких устройств без механических соединений
Исследователи изучают влияние сольватации и валентности ионов на металлополимеры
Исследователи изучают влияние сольватации и валентности ионов на металлополимеры
New Phytologist: Сети прожилок на листьях появились 201 млн лет назад
New Phytologist: Сети прожилок на листьях появились 201 млн лет назад
ACS Nano: Зубы нутрий и бобров помогут ученым вывести формулу совершенной эмали
ACS Nano: Зубы нутрий и бобров помогут ученым вывести формулу совершенной эмали
«Литнет» выяснил, что привлекает читателей в книгах о космосе
«Литнет» выяснил, что привлекает читателей в книгах о космосе
Инженеры воссоздали голопалубу Star Trek с помощью ChatGPT и видеоигр
Инженеры воссоздали голопалубу Star Trek с помощью ChatGPT и видеоигр
New England Journal of Medicine: Упреждающая ангиопластика не улучшает прогноз
New England Journal of Medicine: Упреждающая ангиопластика не улучшает прогноз
Инженеры создают более выгодную сеть для распределения солнечной энергии
Инженеры создают более выгодную сеть для распределения солнечной энергии
EGU: В золоте дураков все-таки нашли ценный компонент
EGU: В золоте дураков все-таки нашли ценный компонент
IC: Исследователи тестируют биологическую безвредность нейроморфной сети
IC: Исследователи тестируют биологическую безвредность нейроморфной сети
JSPR: Между кортизолом и социальной поддержкой в семейных парах нашли связь
JSPR: Между кортизолом и социальной поддержкой в семейных парах нашли связь
GBE: ДНК древних пингвинов Адели выявило повторы возрастом сотни миллионов лет
GBE: ДНК древних пингвинов Адели выявило повторы возрастом сотни миллионов лет
Шёнингенские копья доказали: 300 000 лет назад древесина была важнейшим сырьем
Шёнингенские копья доказали: 300 000 лет назад древесина была важнейшим сырьем
NatComm: Машинное обучение поможет создать вертикально-осевые ветряные турбины
NatComm: Машинное обучение поможет создать вертикально-осевые ветряные турбины
Molecular Psychiatry: Выяснилось, как изменение экспрессии генов вызывает аутизм
Molecular Psychiatry: Выяснилось, как изменение экспрессии генов вызывает аутизм

Новости компаний, релизы

НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
«Инструменты инновационного развития»
«Инструменты инновационного развития»
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса