Onderzoekers van North Carolina State University en Elon University hebben een techniek ontwikkeld waarmee ze op afstand de beweging van zachte robots kunnen besturen. vergrendel ze zo lang als nodig is en configureer de robots later opnieuw in nieuwe vormen. De techniek is gebaseerd op licht en magnetische velden.

"We zijn vooral enthousiast over de herconfigureerbare, " zegt Joe Tracy, een professor in materiaalkunde en techniek bij NC State en corresponderende auteur van een paper over het werk. "Door de eigenschappen van het materiaal te ontwikkelen, we kunnen de beweging van de zachte robot op afstand besturen; we kunnen ervoor zorgen dat het een bepaalde vorm behoudt; we kunnen de robot dan terugbrengen naar zijn oorspronkelijke vorm of zijn beweging verder aanpassen; en we kunnen dit herhaaldelijk doen. Al die dingen zijn waardevol, in termen van het nut van deze technologie in biomedische of ruimtevaarttoepassingen."

Voor dit werk, de onderzoekers gebruikten zachte robots gemaakt van een polymeer ingebed met magnetische ijzermicrodeeltjes. Onder normale omstandigheden, het materiaal is relatief stijf en behoudt zijn vorm. Echter, onderzoekers kunnen het materiaal opwarmen met licht van een light-emitting diode (LED), wat het polymeer buigzaam maakt. Eenmaal plooibaar, onderzoekers toonden aan dat ze de vorm van de robot op afstand konden besturen door een magnetisch veld aan te leggen. Na het vormen van de gewenste vorm, onderzoekers konden het LED-licht verwijderen, waardoor de robot zijn oorspronkelijke stijfheid kan hervatten - waardoor de vorm effectief op zijn plaats wordt vergrendeld.

Door het licht een tweede keer toe te passen en het magnetische veld te verwijderen, de onderzoekers zouden de zachte robots kunnen laten terugkeren naar hun oorspronkelijke vorm. Of ze kunnen het licht opnieuw toepassen en het magnetische veld manipuleren om de robots te bewegen of ze nieuwe vormen aan te laten nemen.

Bij experimentele testen, de onderzoekers toonden aan dat de zachte robots kunnen worden gebruikt om "grijpers" te vormen voor het optillen en vervoeren van objecten. De zachte robots kunnen ook als uitkragingen worden gebruikt, of gevouwen tot "bloemen" met bloemblaadjes die in verschillende richtingen buigen.

"We zijn niet beperkt tot binaire configuraties, zoals een grijper die open of gesloten is, " zegt Jessica Liu, eerste auteur van het papier en een Ph.D. student aan NC State. "We kunnen het licht regelen om ervoor te zorgen dat een robot op elk punt zijn vorm behoudt."

In aanvulling, de onderzoekers ontwikkelden een rekenmodel dat kan worden gebruikt om het ontwerpproces van zachte robots te stroomlijnen. Met het model kunnen ze de vorm van een robot verfijnen, polymeer dikte, de overvloed aan ijzermicrodeeltjes in het polymeer, en de grootte en richting van het vereiste magnetische veld voordat een prototype wordt gebouwd om een ​​specifieke taak te volbrengen.

"De volgende stappen zijn onder meer het optimaliseren van het polymeer voor verschillende toepassingen, " zegt Tracy. "Bijvoorbeeld, technische polymeren die reageren bij verschillende temperaturen om te voldoen aan de behoeften van specifieke toepassingen."

De krant, "Fotothermisch en magnetisch gecontroleerde herconfiguratie van polymeercomposieten voor zachte robotica, " verschijnt in het journaal wetenschappelijke vooruitgang . Eerste auteur van het artikel is Jessica Liu, een doctoraat student aan NC State. Het papier is co-auteur van Jonathan Gillen, een voormalig student aan NC State; Sumeet Mishra, een voormalig Ph.D. student bij NC State; en Benjamin Evans, een universitair hoofddocent natuurkunde aan de Elon University.