Onderzoekers in Zuid-Korea hebben een elektrode ontwikkeld die bestaat uit een enkele atoomdikke laag koolstof om duurzamere kunstmatige spieren te helpen maken.

Ionische polymeer-metaalcomposieten (IPMC's), vaak aangeduid als kunstmatige spieren, zijn elektro-actieve polymere actuatoren die in grootte of vorm veranderen wanneer ze worden gestimuleerd door een elektrisch veld. IPMC's zijn uitgebreid onderzocht op hun potentiële gebruik in robotica geïnspireerd door de natuur, zoals onderwatervoertuigen aangedreven door visachtige vinnen, en in revalidatieapparatuur voor mensen met een handicap.

Een IPMC "motor", of actuator, wordt gevormd uit een moleculair membraan gespannen tussen twee metalen elektroden. Wanneer een elektrisch veld op de actuator wordt toegepast, de resulterende migratie en herverdeling van ionen in het membraan zorgt ervoor dat de structuur buigt. IPMC-actuatoren staan ​​bekend om hun lage stroomverbruik, evenals hun vermogen om te buigen onder lage spanning en om bewegingen na te bootsen die van nature in de omgeving voorkomen.

Ze hebben een groot nadeel, echter. Er kunnen zich barsten vormen op de metalen elektroden na een periode van blootstelling aan lucht en elektrische stromen. Dit kan leiden tot lekkage van ionen door de elektroden, resulterend in verminderde prestaties.

Het verbeteren van de duurzaamheid van IPMC-actuatoren is een grote uitdaging op het gebied van kunstmatige spieren. Onderzoekers onderzoeken manieren om een ​​flexibele, kostenefficiënt, zeer geleidende en scheurvrije elektrode die kan worden gebruikt om een ​​duurzame polymeeractuator te construeren.

In een paper gepubliceerd in ACS Nano , onderzoekers van het Korea Advanced Institute of Science and Technology rapporteren de ontwikkeling van een dunnefilmelektrode op basis van een nieuw ionisch polymeer-grafeencomposiet (IPGC). Grafeen is een enkel atoom dikke laag koolstof met uitzonderlijke mechanische, elektrische en thermische eigenschappen. De nieuwe elektroden hebben een glad buitenoppervlak dat water afstoot en geen zichtbare scheuren vertoont, waardoor ze bijna ondoordringbaar zijn voor vloeistoffen. Ze hebben ook een ruw binnenoppervlak, die de migratie van ionen binnen het membraan vergemakkelijkt om buigen te stimuleren.

De nieuwe IPGC-actuator toont uitzonderlijke duurzaamheid zonder duidelijke degradatie, zelfs onder zeer hoge ingangsspanning. Het is veelbelovend voor gebruik in biomedische apparaten, "biomimetische" robots die bewegingen nabootsen die in de natuur voorkomen, en flexibele zachte elektronica.

De onderzoekers erkennen dat er nog veel uitdagingen zijn en dat er meer onderzoek nodig is om het volledige potentieel van de op grafeen gebaseerde elektroden en hun daaropvolgende commercialisering te realiseren. anno 2015, ze zijn van plan om de buigprestaties van de actuatoren verder te verbeteren, hun vermogen om energie op te slaan en hun kracht.

Ze zijn ook van plan een biomimetische robot te ontwikkelen die als een waterstrider op het water kan lopen en springen. Ze zullen dit doen door drijvende IPGC-actuators te bouwen met een betrouwbare buigprestatie die zes uur kunnen doorgaan zonder enige duidelijke verandering in duurzaamheid.