Thiết bị truyền động hydrogel mới cho phép robot mềm di chuyển trên địa hình gồ ghề
Nhóm Vật liệu Polyme Thông minh tại Viện Công nghệ và Kỹ thuật Vật liệu Ninh Ba (NIMTE) thuộc Viện Khoa học Trung Quốc (CAS), Đại học Chiết Giang đã phát triển một loại robot mềm dựa trên vật liệu hydrogel, có khả năng di chuyển đa chiều trên địa hình tự nhiên.
.jpg)
Là một quá trình tiến hóa tự nhiên, các sinh vật đã đạt được khả năng vận động linh hoạt như đi, bò và bơi để thích nghi với những thay đổi của môi trường bên ngoài. Hydrogel là vật liệu lý tưởng cho mô phỏng sinh học, có thể tạo ra các dạng mô phỏng sinh học đa dạng do tính chất cơ học giống như mô mềm và khả năng tự biến dạng tuyệt vời. Tuy nhiên, việc kích hoạt biến dạng tại chỗ này để giải quyết sự vận động tự động và thực hiện nhiều nhiệm vụ vẫn còn là một thách thức.
Lấy cảm hứng từ quá trình tự sinh trưởng và tiến hóa của các sinh vật sống như sâu đo, một lớp hydrogel quang nhiệt chứa các hạt nano Fe3O4 đã được phát triển trên bề mặt của một miếng bọt biển poly (N-isopropyl acrylamide) (PNIPAm) đẳng hướng, do đó tạo thành lớp cấu trúc kép dị hướng thông qua bề mặt tiếp xúc khuếch tán trùng hợp.
Khi chiếu xạ ánh sáng cận hồng ngoại được lập trình, các cấu hình dị hướng của hydrogel hai lớp được cấu hình lại và lắp ráp lại để thích ứng với những thay đổi của môi trường bên ngoài, thể hiện nhiều mức độ biến dạng và nhiều dạng khác nhau.
Nhờ khả năng biến dạng được lập trình theo không gian, một khóa liên động mộng được hình thành một cách linh hoạt thông qua sự tương tác giữa khả năng tự biến dạng và địa hình gồ ghề, khi bộ truyền động hydrogel uốn cong hoặc phục hồi. Do đó, thiết bị truyền động hydrogel có thể bắt chước hoạt động bò của giun đất để tạo ra lực đẩy định kỳ, thực hiện chuyển động địa hình trên các chất nền gồ ghề nhân tạo khác nhau và địa hình cát tự nhiên.
Lợi ích từ biến dạng thích ứng, thiết bị truyền động hydrogel có thể thu thập dữ liệu đã thay đổi âm lượng và chế độ thu thập dữ liệu với sức mạnh tổng hợp của mọi xúc tu, do đó thích ứng với các địa hình phức tạp bao gồm đèo núi, thung lũng và sườn núi.
Dựa trên việc lắp ráp một số động cơ hydrogel, ngay cả một thiết bị tĩnh cũng được kích hoạt và có thể bò trên nền thô 2D hoặc vượt qua các địa hình cát phức tạp.
Chiến lược này là một bước tiến cho việc thiết kế và phát triển robot mềm, vật liệu có thể biến dạng và thiết bị mô phỏng sinh học.