Miękkie, przezroczyste roboty, które pracują pod wodą i wykonują zadania wymagające zwinności i siły – to odkrycie uczonych z Massachusetts Institute of Technology. Pracowali nad nim pięć lat
Roboty mogą pomóc w operacjach chirurgicznych, ale mają też potencjał militarny. Nie widać ich pod wodą.
Przez ostatnie pięć lat badacze z MIT testowali i opracowywali różne hydrożele, mieszając roztwory polimerów i wody, wytwarzając twarde, ale bardzo rozciągliwe materiały. Opracowali także sposoby przyklejania tych hydrożeli do różnych powierzchni, takich jak szkło, metal, ceramika i guma, tworząc niezwykle silne wiązania.
Podglądali węgorze
Pomysł na przezroczystego, elastycznego robota wziął się z natury. Badacze wzorowali się na larwach węgorza zwanych leptocefalami. Larwy te wykluwają się w oceanie i wędrują do środowisk rzecznych – szybko i z wielką siłą pokonują ogromne odległości. Kamuflażem przed drapieżnikami jest ich przezroczystość.
Naukowcy zastosowali techniki drukowania 3D i cięcia laserowego, aby wydrukować swoje receptury hydrożelowe w robotycznych strukturach, które połączyli z małymi gumowymi rurkami podłączonymi do zewnętrznych pomp.
Nowe miękkie roboty poruszają się, gdy woda jest wpompowywana i wypompowywana do mikrorurek w strukturze hydrożelowej. Wstrzykując wodę w takiego robota można wytwarzać gwałtowne reakcje, generując nawet kilka niutonów siły w ciągu jednej sekundy.
Adres filmu na Youtube: https://www.youtube.com/watch?time_continue=2&v=F6vSHmHw1gw&feature=emb_logo
Źródło: Massachusetts Institute of Technology / YouTube
W trakcie eksperymentów struktury były w stanie wytrzymać wielokrotne użycie do 1000 cykli bez uszczerbku. Skonstruowany chwytak szybko, delikatnie a zarazem z właściwą siłą łapie rybkę w akwarium.
Z hydrożelem wśród tkanek
Zespół zaprojektował kilka robotów hydrożelowych, w tym strukturę przypominającą płetwę, przegubowy element roboczy wykonujący podwodne kopnięcia oraz miękkiego robota w kształcie dłoni, który może ściskać i chwytać.
To niezwykle dobra wiadomość dla medycyny. Inne zaprojektowane do tej pory „miękkie” roboty, wykonane np. z silikonów, nie są tak biokompatybilne jak hydrożele.
Grupa kierowana przez Xuanhe Zhao, profesora inżynierii mechanicznej oraz inżynierii lądowej i środowiska w MIT poszukuje teraz możliwości takich robotów hydrożelowych do zastosowań medycznych. Hydrożele mogą tworzyć bardziej przyjazne interfejsy z ludzkimi narządami. Na przykład hydrożelowe dłonie mogłyby potencjalnie delikatniej manipulować tkankami i narządami podczas operacji chirurgicznych.
Zespół opublikował swoje wyniki w czasopiśmie Nature Communications. Ich współautorzy to absolwenci MIT Shaoting Lin i Chu Ma, Mahdi Takaffoli oraz profesor nadzwyczajny inżynierii mechanicznej Nicholas X. Fang.
Badania te były częściowo wspierane przez Biuro Badań Marynarki Wojennej, Narodową Fundację Nauki USA oraz Instytut Nanotechnologii Żołnierskiej MIT.