Onderzoekers van de Universiteit van Californië, Los Angeles (UCLA) en het California NanoSystems Institute in Los Angeles hebben onlangs een zachtzwemmende robot ontwikkeld op basis van een zelfvoorzienende hydrogeloscillator. Deze robot, gepresenteerd in een paper gepubliceerd in Wetenschap Robotica , werkt onder constante lichtinput zonder dat een batterij nodig is.

"Toen ik licht scheen op een zachte, snelle responsieve hydrogelpijler, Ik zag dat de pilaar begon te oscilleren rond de optische straal, "Yusen Zhao, een doctoraat student betrokken bij het onderzoek, zei. "Het leek me erg intrigerend, en ik vroeg me af:hoe kan een constante input intermitterende output produceren? Onder welke omstandigheden vindt de oscillatie plaats? Zou het krachtig genoeg zijn om voort te stuwen en in water te zwemmen, en uiteindelijk leiden tot zonnezeilen? Met deze vragen Ik zette systematische studies voort om deze doelstellingen te bereiken."

Zhao en zijn collega's ontwikkelden een zachte oscillator gemaakt van een lichtgevoelige zachte gel, die in de vorm van een pilaar of strip is gegoten. Wanneer licht een plek van deze gelpilaar raakt, het wordt automatisch geabsorbeerd en omgezet in warmte. De plaatselijk verwarmde plek op de robot zorgt ervoor dat deze een deel van zijn water uitwerpt en in volume krimpt, waardoor zijn staart naar de lichtbron buigt.

"Nadat het gebogen is, de staart zelf blokkeert het licht, " legde Zhao uit. "Dus, de schaduwplek koelt onmiddellijk af en zwelt weer op, waardoor de staart weer naar beneden gaat. Dit proces herhaalt zich snel, wat resulteert in een fladderende beweging die duurt zolang er licht van toepassing is."

Omdat de gelpilaar qua samenstelling homogeen en geometrisch symmetrisch is, het kan reageren op licht uit willekeurige richtingen, die bijna de gehele 3D-ruimte kan beslaan. De oscillator beschikt over bijna oneindige vrijheidsgraden, een belangrijk voordeel voor robotica.

De onderzoekers evalueerden hun zwemrobot met zijn lichaam drijvend op het wateroppervlak en zijn staart onder de waterlijn om de effectiviteit van het ontwerp vast te stellen. Ze ontdekten dat toen het licht op de staart van de robot scheen, het schommelde op en neer, uiteindelijk de robot aandrijven om weg te zwemmen van het licht. Deze unieke eigenschap van bewegen in de richting van een lichtbron bootst het fototaxisgedrag na van veel levende dieren zoals plankton en motten, een handig middel voor navigatie en manoeuvreren via afstandsbediening.

"De schoonheid van de zachte robot is de eenvoud van zijn ontwerp, "Xim hij, Zhao's supervisor over de studie, vertelde TechXplore. "De hele robot is gemaakt van een enkele homogene hydrogel, wat de fabricage enorm vereenvoudigt en goedkoop maakt."

Om de zelfvoorzienende hydrogeloscillator te fabriceren en in een gewenste vorm te brengen, de onderzoekers injecteerden de precursoroplossing in een vooraf gedefinieerde mal, UV-uitgehard de gel, en haalde het uit de vorm. Omdat het principe achter de realisatie van de robot zeer algemeen en breed toepasbaar is, de oscillator kan uit vele materialen worden opgebouwd.

"Het is opwindend om een ​​nieuw universeel principe te hebben ontdekt voor het genereren van oscillerende beweging met een omgevingsenergiebron, "Hij zei. "Hiermee, realiseerden we ons dat constante omgevingsstimuli, zoals licht, kan krachtige trillingen genereren met zo'n eenvoudig materiaal om voort te stuwen en te bewegen in water, gericht door het licht geleid. Dit biedt een algemeen middel om omgevingsenergie te oogsten en om te zetten in kinetische energie en vele andere vormen van energie om zinvol werk uit te voeren."

In hun studie hebben Zhao, Hij en hun collega's onthulden een nieuwe methode om oscillerende bewegingen te genereren met behulp van natuurlijk voorkomende energiebronnen. Onderzoekers die deze methodologie gebruiken om oscillatoren te bouwen, kunnen kiezen uit een breed scala aan op stimuli reagerende materialen, afhankelijk van het soort energie dat ze willen oogsten.

De door de onderzoekers gemaakte zwemrobot wordt aangedreven door foto-oscillatie, en zijn bewegingen worden geleid door constant licht; dus, het is ongebonden, batterijloos en intelligent. Het is een van de eerste volledig zachte robots ooit ontwikkeld die ook licht van gewicht is, goedkoop en gemakkelijk inzetbaar.

"We zijn nu van plan om de materialen verder te optimaliseren om onder bredere omstandigheden te kunnen oscilleren, zoals temperatuur, golflengten van licht, enzovoort., " zei Zhao. "We zijn ook op zoek naar meer toepassingen, zoals signaaldetectie, energie oogsten, en andere robotbewegingen."

© 2019 Wetenschap X Netwerk