Новый металлический материал для гибких мягких роботов

В течение многих лет мягкая робототехника была многообещающей областью исследований, часто из мягких материалов, таких как бумага, пластик и резина. Также известные как роботы оригами, роботы оснащены датчиками и электрическими компонентами.

Тесная интеграция исполнительных, чувствительных и коммуникационных возможностей в роботы-оригами позволяет разрабатывать функциональные роботы нового поколения. Однако эта задача является сложной, поскольку обычные материалы для создания роботов-оригами не имеют конструктивных возможностей для включения дополнительных функций.

Теперь ученые из Национального университета Сингапура придумали новый метод создания нового материала на основе металла для использования в этих мягких роботах. Комбинируя металлы, такие как платина, с обожженной бумагой (золой), они получили материал, который поддерживает складываемость и легкие свойства традиционной бумаги и пластика.

Ученые в основном использовали процесс, называемый «шаблонный синтез на основе оксида графена» для создания этого материала. Сначала они впитали целлюлозную бумагу в раствор оксида графена, а затем погрузили ее в раствор из металлических ионов, таких как платина. Затем материал сжигается в инертном газе аргоне при 800 ° С, а затем при 500 °С на воздухе.

Результаты - тонкий слой металла размером 90 микрометров (мкм) или 0,09 мм, который содержит 70 процентов платины и 30 процентов аморфного углерода (золы).

Помощник руководителя группы профессор Чэнь По-Йен сказал : «Мифическое существо вдохновляет нас. Как и феникс, он может сгореть дотла и возродиться, чтобы стать более могущественным, чем раньше».

Полученный материал действует как легкий металлический каркас, который в три раза легче, чем обычные материалы, используемые для изготовления роботов-оригами. Он также более энергоэффективен, что позволяет роботам-оригами работать быстрее, используя на 30% меньше энергии.

Характеристики нового материала:

• Возможности геотермального нагрева: материал может передавать напряжение через материал, заставляя его нагреваться, что помогает предотвратить повреждение от обледенения, когда робот работает в холодной среде. Эти свойства могут быть использованы при создании легких, гибких поисково-спасательных роботов, которые могут входить в опасные зоны, обеспечивая обратную связь и связь в режиме реального времени.
• Он может функционировать как механически стабильные, мягкие и проводящие магистрали, которые снабжают роботов функциями определения напряжения и связи без необходимости использования внешней электроники.
• Быть проводящим означает, что материал действует как его беспроводная антенна, позволяя ему общаться с удаленным оператором или другими роботами без необходимости использования внешних коммуникационных модулей.

Г-н Ян Хайтао, аспирант NUS Chemical and Biomolecular Engineering и первый автор исследования, сказал: «Мы экспериментировали с различными электропроводящими материалами, чтобы наконец получить уникальную комбинацию, которая обеспечивает оптимальное распознавание деформации и возможности беспроводной связи. Поэтому наше изобретение расширяет библиотеку нетрадиционных материалов для изготовления продвинутых роботов».

Этот значительный научный прорыв был опубликован в престижном научном журнале Science Robotics 28 августа 2019 года.