Met behulp van een standaard cameraflitser, onderzoekers veranderden een gewoon vel grafeenoxide in een materiaal dat buigt bij blootstelling aan vocht. Vervolgens gebruikten ze dit materiaal om een ​​spinachtige rups- en klauwrobot te maken die beweegt in reactie op veranderende vochtigheid zonder dat er externe voeding nodig is.

"De ontwikkeling van slimme materialen zoals vochtgevoelig grafeenoxide is van groot belang voor automatisering en robotica, " zei Yong-Lai Zhang van Jilin University, China, en leider van het onderzoeksteam. "Onze zeer eenvoudige methode om typische grafeenoxiden slim te maken, is ook uiterst efficiënt. Binnen één seconde kan een plaat worden geprepareerd."

In het journaal Optische materialen Express , van The Optical Society (OSA), de onderzoekers meldden dat grafeenoxidevellen die werden behandeld met korte blootstelling aan fel licht in de vorm van een cameraflits, omkeerbare buiging vertoonden onder hoeken van nul tot 85 graden als reactie op het omschakelen van de relatieve vochtigheid tussen 33 en 86 procent. Ze toonden ook aan dat hun methode herhaalbaar is en dat de eenvoudige robots die ze hebben gemaakt een goede stabiliteit hebben.

Hoewel andere materialen van vorm kunnen veranderen als reactie op vocht, de onderzoekers experimenteerden met op grafeen gebaseerde materialen omdat ze ongelooflijk dun zijn en unieke eigenschappen hebben zoals flexibiliteit, geleidbaarheid, mechanische sterkte en biocompatibiliteit. Deze eigenschappen maken grafeen ideaal voor brede toepassingen op verschillende gebieden. Bijvoorbeeld, de uitstekende biocompatibiliteit van het materiaal zou het mogelijk kunnen maken om op vocht reagerend grafeenoxide te gebruiken in organ-on-a-chip-systemen die de mechanica en fysiologische respons van hele organen simuleren en worden gebruikt voor het ontdekken van geneesmiddelen en ander biomedisch onderzoek.

Een vochtgevoelig materiaal maken

Andere groepen hebben aangetoond dat grafeenoxide vochtgevoelig kan worden gemaakt door een chemische reactie die reductie wordt genoemd, die zuurstof uit moleculen verwijdert. In feite, de onderzoekers toonden eerder aan dat zowel zonlicht als UV-licht het effect kunnen veroorzaken. Echter, deze benaderingen waren moeilijk nauwkeurig te controleren en niet erg efficiënt.

Het onderzoeksteam experimenteerde met het gebruik van een cameraflitser, die doorgaans een breed spectraal bereik bestrijkt, als een eenvoudige en effectieve manier om op vocht reagerend grafeen te maken. Met een cameraflits konden de onderzoekers zuurstof verwijderen uit, of verminderen, slechts één kant van een vel grafeenoxide. Als er vocht aanwezig is, de gereduceerde kant van het grafeenoxide absorbeert minder watermoleculen, waardoor de niet-verkleinde zijde uitzet en het vel naar de verkleinde zijde buigt. Als het materiaal vervolgens wordt blootgesteld aan droge lucht, het vlakt uit.

De onderzoekers ontdekten dat het voldoende was om de flitser op ongeveer 20 tot 30 centimeter afstand van het grafeenoxidevel te houden om de bovenste laag van het vel selectief te wijzigen zonder helemaal door te dringen naar de andere kant. Het vel moet ook meer dan 5 micron dik zijn om te voorkomen dat het volledig wordt verkleind door de flitsbelichting.

Grafeen robots

Om een ​​door vocht aangedreven crawler te maken, de onderzoekers sneden met flits behandeld grafeenoxide in een insectenvorm met vier poten. De vrijstaande rups was ongeveer 1 centimeter breed en bewoog naar voren wanneer de luchtvochtigheid werd verhoogd. Door de luchtvochtigheid meerdere keren uit en aan te zetten, bewoog de rups zich in 12 seconden 3,5 millimeter, zonder externe energievoorziening.

De onderzoekers maakten ook een klauwvorm door acht linten van 5 bij 1 millimeter met flits behandeld grafeenoxide in een stervorm aan elkaar te plakken. Als er vocht aanwezig was, de klauw sloot binnen 12 seconden. Het keerde terug naar een open positie na 56 seconden blootstelling aan droge lucht.

"Deze robots zijn eenvoudig en kunnen flexibel worden gemanipuleerd door de omgevingsvochtigheid te veranderen, "zei Zhang. "Deze ontwerpen zijn erg belangrijk omdat verplaatsen en vastleggen/loslaten basisfuncties zijn van geautomatiseerde systemen."

Zhang voegde eraan toe dat het integreren van op vocht reagerend grafeen in een microkanaalsysteem dat is aangesloten op een vochtigheidsregelaar, een nog nauwkeurigere controle en andere soorten robots of eenvoudige machines mogelijk zou maken. De onderzoekers werken nu aan manieren om de controle over het buigen van het materiaal te verbeteren en experimenteren met manieren om complexere prestaties te verkrijgen van robots die zijn gemaakt van op vocht reagerend grafeenoxide.