In de afgelopen 30 jaar, onderzoekers hebben aandrijfmaterialen bestudeerd die hun volume onder verschillende stimuli omkeerbaar kunnen veranderen om micro- en biomimetische robots te ontwikkelen, kunstmatige spieren en medische hulpmiddelen.

Een werktuigbouwkundig team onder leiding van professor Alfonso Ngan Hing-wan, Leerstoelhoogleraar Materials Science and Engineering, en Kingboard Professor in Materials Engineering, Faculteit Ingenieurswetenschappen, de Universiteit van Hong Kong (HKU) publiceerde een artikel in: Wetenschap Robotica op 30 mei 2018 (EST) dat een nieuw aandrijfmateriaal introduceert - nikkelhydroxide-oxyhydroxide - dat kan worden aangedreven door zichtbaar licht, elektriciteit, en andere prikkels. De activering kan onmiddellijk worden geactiveerd door zichtbaar licht om een ​​snelle vervorming te produceren en een kracht uit te oefenen die gelijk is aan 3000 keer zijn eigen gewicht. De materiaalkosten van een typische actuator zijn slechts HKD 4 per cm2 en kunnen gemakkelijk binnen drie uur worden gefabriceerd.

Door licht geïnduceerde bedieningsmaterialen zijn zeer wenselijk omdat ze draadloze bediening van robots mogelijk maken. Echter, er zijn zeer weinig lichtgedreven materialen beschikbaar, en hun materiaal- en productiekosten zijn hoog, hun ontwikkeling voor daadwerkelijke toepassingen belemmeren.

Het ontwikkelen van aandrijfmaterialen werd geïdentificeerd als nr. 1 van de 10 grote uitdagingen van: Wetenschap Robotica . Onderzoek naar aandrijfmaterialen kan het concept van robots, die nu voornamelijk motorisch worden aangedreven, radicaal veranderen. Daarom, materialen die kunnen worden geactiveerd door draadloze stimuli, waaronder een verandering in temperatuur, vochtigheid, magnetische velden en licht is een van de belangrijkste onderzoeksfocussen van de afgelopen jaren. Vooral, een materiaal dat kan worden geactiveerd door zichtbaar licht en sterke, een snelle en stabiele bediening is nooit bereikt. Het nieuwe aandrijfmateriaalsysteem, nikkelhydroxide-oxyhydroxide, die kan worden geactiveerd door zichtbaar licht met een relatief lage intensiteit om hoge stress en snelheid te produceren die vergelijkbaar is met skeletspieren van zoogdieren, is ontwikkeld in dit onderzoek dat is geïnitieerd door ingenieurs in HKU.

Naast de activeringseigenschappen van zichtbaar licht, dit nieuwe materiaalsysteem kan ook worden aangedreven door elektriciteit voor integratie in bestaande robottechnologie. Het reageert ook op veranderingen in warmte en vochtigheid, zodat ze mogelijk kunnen worden toegepast in autonome machines die deze kleine energieveranderingen in de omgeving benutten. Omdat het hoofdbestanddeel nikkel is, de materiaalkosten zijn laag.

De fabricage omvat alleen elektrodepositie, wat een eenvoudig proces is, en de tijd die nodig is voor de fabricage is ongeveer drie uur. Daarom, het materiaal kan eenvoudig worden opgeschaald en in de industrie worden vervaardigd.

Het nieuw uitgevonden nikkelhydroxide-oxyhydroxide reageert bijna onmiddellijk op licht en produceert een kracht die overeenkomt met ongeveer 3000 keer zijn eigen gewicht (Figuur 1).

Wanneer geïntegreerd in een goed ontworpen structuur, een "mini-arm" gemaakt door twee scharnieren van bedieningsmateriaal kan een object gemakkelijk 50 keer van zijn gewicht optillen (Figuur 2). evenzo, door gebruik te maken van een lichtblokker, de onderzoekers maakten een mini-looprobot waarbij alleen het voorste been afwisselend buigt en strekt en daarom onder verlichting beweegt, zodat het naar de lichtbron kan lopen (Figuur 3). Deze tonen aan dat toekomstige toepassingen in microrobotica, inclusief reddingsrobots, zijn mogelijk.

De bovenstaande bewijzen onthulden dat dit nikkelhydroxide-oxyhydroxide-aandrijfmateriaal in de toekomst verschillende toepassingen kan hebben, inclusief reddingsrobots of andere minirobots. De intrinsieke aandrijfeigenschappen van de materialen die uit het onderzoek zijn verkregen, laten zien dat door opschaling van de fabricage, kunstmatige spieren vergelijkbaar met die van skeletspieren van zoogdieren kunnen worden bereikt.

Vanuit wetenschappelijk oogpunt, dit activeringsmateriaal van nikkelhydroxide-oxyhydroxide is 's werelds eerste materiaalsysteem dat direct kan worden geactiveerd door zichtbaar licht en elektriciteit zonder aanvullende fabricageprocedures. Dit opent ook een nieuw onderzoeksveld naar door licht geïnduceerd activeringsgedrag voor hydroxide-oxyhydroxiden, wat nog nooit eerder is gemeld.