Mechanische systemen, zoals motoren en motoren, vertrouwen op twee hoofdtypen bewegingen van stijve componenten:lineaire beweging, waarbij een object in een rechte lijn van het ene punt naar het andere beweegt; en roterende beweging, waarbij een object draait om een ​​as.

De natuur heeft veel geavanceerdere vormen van beweging - of aandrijving - ontwikkeld die complexe functies directer en met zachtere componenten kunnen uitvoeren. Bijvoorbeeld, onze ogen kunnen het brandpunt veranderen door simpelweg zachte spieren samen te trekken om de vorm van het hoornvlies te veranderen. In tegenstelling tot, camera's scherpstellen door vaste lenzen langs een lijn te bewegen, handmatig of door middel van autofocus.

Maar wat als we vormveranderingen en bewegingen in de natuur zouden kunnen nabootsen?

Nutsvoorzieningen, onderzoekers van de Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) hebben een methode ontwikkeld om de vorm van een vlakke plaat van elastomeer te veranderen, met behulp van bediening die snel is, omkeerbaar, regelbaar door een aangelegde spanning, en herconfigureerbaar in verschillende vormen.

Het onderzoek is gepubliceerd in Natuurcommunicatie .

"We zien dit werk als de eerste stap in de ontwikkeling van een zachte, vormverschuivend materiaal dat van vorm verandert volgens elektrische stuursignalen van een computer, " zei David Clarke, de Extended Tarr Family Professor of Materials bij SEAS en senior auteur van het artikel. "Dit is verwant aan de allereerste stappen die in de jaren vijftig werden genomen om geïntegreerde schakelingen van silicium te maken, ter vervanging van circuits gemaakt van discrete, individuele onderdelen. Net zoals die geïntegreerde schakelingen primitief waren vergeleken met de mogelijkheden van de hedendaagse elektronica, onze apparaten hebben een eenvoudige maar geïntegreerde driedimensionale architectuur van elektrische geleiders en diëlektrica, en demonstreert de elementen van programmeerbare herconfiguratie, om grote en omkeerbare vormveranderingen te creëren."

De herconfigureerbare elastomeerplaat is opgebouwd uit meerdere lagen. Tussen elke laag zijn op koolstof nanobuisjes gebaseerde elektroden van verschillende vormen opgenomen. Als er een spanning op deze elektroden wordt gezet, een ruimtelijk variërend elektrisch veld wordt gecreëerd in de elastomeerplaat die ongelijke veranderingen in de materiaalgeometrie veroorzaakt, waardoor het kan veranderen in een controleerbare driedimensionale vorm.

Verschillende sets elektroden kunnen onafhankelijk van elkaar worden ingeschakeld, waardoor verschillende vormen mogelijk zijn op basis van welke sets elektroden aan en welke niet.

"Behalve dat het herconfigureerbaar en omkeerbaar is, deze vormveranderende bewegingen hebben een vermogensdichtheid die vergelijkbaar is met die van natuurlijke spieren, " zei Ehsan Hajiesmaili, eerste auteur van de paper en afgestudeerde student aan SEAS. "Deze functionaliteit zou de manier waarop mechanische apparaten werken kunnen veranderen. Er zijn voorbeelden van huidige apparaten die gebruik kunnen maken van meer geavanceerde vervormingen om efficiënter te functioneren, zoals optische spiegels en lenzen. Belangrijker, deze activeringsmethode opent de deur naar nieuwe apparaten die te ingewikkeld werden geacht om na te streven vanwege de complexe vereiste vervormingen, zoals een vormveranderende vleugel."

In dit onderzoek, het team voorspelde ook de aandrijvingsvormen, gezien het ontwerp van de elektrode-opstelling en de aangelegde spanning. Volgende, de onderzoekers proberen het omgekeerde probleem aan te pakken:gegeven een gewenste actuatievorm, wat is het ontwerp van de elektroden en de vereiste spanning die dit zal veroorzaken?