Мягким роботам подаёт энергию восстанавливающийся органогель

Мягкая робототехника — направление, которое занимается созданием роботов из мягких и гибких материалов. Она потенциально применима в здравоохранении, производстве, при спасательных работах и так далее.


Но при этом возникали сложные задачи. Материалы для мягкой робототехники, должны быть гибкими и устойчивыми к разрыву, а ещё зачастую электропроводящими для поддержки интегрированного зондирования, приведения в действие и запуска алгоритмов искусственного интеллекта (ИИ). С силиконами, эластомерами, гидрогелями и сплавами с памятью формы проводились многочисленные эксперименты, но они редко соответствуют всем критериям для оптимальной работы мягкого робота.

Инженеры лаборатории мягких машин Университета Карнеги-Меллона недавно описали новый самовосстанавливающийся электропроводящий органогелевый композитный материал. Свойства его могут оказаться идеальными для мягкой робототехники. Он обладает низкой жёсткостью и высокой растяжимостью, а при повреждении способен восстанавливаться. Для поддержки расширенных функций материалу также придали высокую электропроводность.

Органогелевый композит состоит из поливинилового спирта на основе бората натрия и пропитан микрочастицами серебра и микрокаплями жидкого металла на основе галлия. Это формирует просачивающуюся сеть внутри материала, которая обладает высокой проводимостью и устойчива к потере целостности. Поскольку гидрогели имеют тенденцию к быстрому высыханию, воду заменили этиленгликолем, органическим растворителем. В итоге формула предотвращает обезвоживание более чем на 24 часа.

Чтобы продемонстрировать свойства проводящего органогеля, команда использовала новый материал для питания мягкой роботизированной улитки. Они разрывали соединение, и улитка продолжала движение, хотя и с меньшей скоростью. Прикосновение показало способность к самовосстановлению.

Такую способность можно использовать для создания меняющихся схем, соединяя проводники по-другому, просто прижав свободные концы друг к другу. Инженеры показали, как это можно использовать, чтобы придать игрушечному авто новую функцию. Временно отключили питание двигателя, а затем использовали дополнительные кусочки материала для питания светодиода на крыше «повозки».

И последнее, но не менее важное: исследователи продемонстрировали, что можно снимать показания электромиографии с различных участков тела, размещая материал на коже человека. В ходе исследования замеряли активность кисти, предплечья и икр. Успех испытаний показал, что гель пригоден для использования в качестве биоэлектрода, который напрямую взаимодействует с электроникой в будущих носимых устройствах.

В дальнейшем команда планирует объединить эту работу со своими предыдущими усилиями по разработке искусственных мышц.