Ученые создают мягких роботов из гелей на основе воды

Исследователи из университета штата Северная Каролина разработали новую технологию для того, чтобы создать автоматизированные устройства из гидрогеля.

Такие устройства можно сворачивать, копировать и использовать для манипулирования объектами. Технология обладает потенциалом для использования в области «мягкой робототехники» и в биомедицине.

«Наша работа придвигает нас на шаг ближе к разработке новых технологий мягких роботов, которые подражают биологическим системам и могут работать в воде», сообщил доцент Майкл Дики, соавтор исследования.

«В ближайшее время технологию могут начать применять для поставки препаратов или создания каркасов для тканей и направления роста клеток в трех измерениях», добавил доктор Орлин Велев, второй автор работы.

Инновационная технология использует гидрогели, которые являются гелями на основе воды и состоят из воды и небольшой доли полимерных молекул. Чаще всего гидрогели упруги, прозрачны и — в теории — биологически совместимы. Исследователи нашли способ изменять и копировать секции гидрогелей с помощью электричества, используя медный электрод для введения положительно заряженных ионов меди в материал. Ионы связываются отрицательно заряженными участками полимерной сети в гидрогеле, по сути, соединяя молекулы полимера друг с другом, из-за чего материал становится более жестким и эластичным. Полученные ионные связи стабильны, даже если месяцами находятся в воде.

«Связи между молекулами биополимера и ионами меди также стягивают молекулярные нити вместе, благодаря чему гидрогель гнется», сказал Велев. „Чем больше ионов меди вводится в гидрогель, тем интенсивней процесс сгибания“.

Исследователи использовали повышенную жесткость и сгибание в скопированных секциях, чтобы манипулировать объектами с помощью гидрогеля. Например, был создан сегмент в форме буквы V. Когда в основание материала ввели ионы меди, гидрогель сжался и сомкнулся на объекте, словно пинцет. Когда ионы меди ввели в тот же материал с обратной стороны, «пинцет» разомкнулся.

«В настоящее время мы планируем применить данную технологию для разработки подвижных и биологически совместимых микроустройств, своеобразных мягких роботов», сказал Велев.

«Стоит отметить, что технология работает не только с ионами меди, но и с кальцием, который является биологически совместимым», добавил Дики.

Результаты опубликованы в издании Nature Communications.

02.08.2013