Het dragen van een bloemenbroche die voor je ogen bloeit, klinkt als magie. KAIST-onderzoekers hebben het echt gemaakt met robotspieren.

Onderzoekers hebben een ultradunne, kunstmatige spier voor zachte robotica. De vooruitgang, onlangs gerapporteerd in het tijdschrift Wetenschap Robotica , werd gedemonstreerd met een robotachtige bloeiende bloemenbroche, dansende robotvlinders en fladderende boombladeren op een kinetisch kunstwerk.

Het robotequivalent van een spier die kan bewegen, wordt een actuator genoemd. De actuator breidt uit, samentrekt of roteert als spiervezels met behulp van een stimulus zoals elektriciteit. Ingenieurs over de hele wereld streven ernaar om meer dynamische actuatoren te ontwikkelen die snel reageren, kan buigen zonder te breken, en zijn zeer duurzaam. Zacht, robotspieren kunnen een breed scala aan toepassingen hebben, van draagbare elektronica tot geavanceerde protheses.

Het team van KAIST's Creative Research Initiative Center for Functionally Antagonistic Nano-Engineering ontwikkelde een zeer dunne, snel reagerend, flexibele en duurzame kunstmatige spier. De actuator ziet eruit als een dunne strook papier van ongeveer 2,5 cm lang. Ze gebruikten een bepaald type materiaal genaamd MXene, dat is een klasse van verbindingen met lagen van slechts enkele atomen dik.

Hun gekozen MXene-materiaal (Ti ₃ C ₂ t _x ) is gemaakt van dunne lagen titanium en koolstofverbindingen. Het was op zichzelf niet flexibel; vellen materiaal zouden van de actuator afbladderen wanneer ze in een lus worden gebogen. Dat veranderde toen de MXene "ionisch verknoopt" was - verbonden via een ionische binding - met een synthetisch polymeer. De combinatie van materialen maakte de actuator flexibel, met behoud van sterkte en geleidbaarheid, wat van cruciaal belang is voor bewegingen die worden aangedreven door elektriciteit.

Hun specifieke combinatie presteerde beter dan anderen meldden. Hun actuator reageerde zeer snel op lage spanning, en duurde meer dan vijf uur ononderbroken bewegen.

Om te bewijzen dat de kleine robotspier werkt, het team verwerkte de actuator in draagbare kunst:een origami-geïnspireerde broche bootst na hoe een narcisbloem zijn bloembladen ontvouwt wanneer een kleine hoeveelheid elektriciteit wordt toegepast. Ze ontwierpen ook robotvlinders die hun vleugels op en neer bewegen, en deed de bladeren van een boomsculptuur fladderen.

"Draagbare robotica en kinetische kunst laten zien hoe robotspieren leuke en mooie toepassingen kunnen hebben, " zei Il-Kwon Oh, lead paper auteur en hoogleraar werktuigbouwkunde. "Het toont ook het enorme potentieel voor kleine, kunstmatige spieren voor een verscheidenheid aan toepassingen, zoals haptische feedbacksystemen en actieve biomedische apparaten."

Het team is van plan om meer praktische toepassingen van op MXene gebaseerde zachte actuatoren en andere technische toepassingen van MXene 2D-nanomaterialen te onderzoeken.