物理科技生物学-PHYICA

开发了水驱动软致MIAE-218动器

技术工程 2022-01-08 21:54:31

Water-driven soft actuator developed一款可编程、功能强大、超快速的水驱动软式执行器,灵感来自于海洋复杂多变的胶原组织。功劳:POSTECH海参的形状凹凸不平,呈长方形。它们很软,但一接触就会很快变硬。它们可以收缩或伸展到几米,即使在它们死亡并随着水分吸收的调节而萎缩后,它们的原始形状也可以恢复。最近,一个POSTECH研究团队开发了一种受海参这种独特行为启发的软执行器。由董成金教授、安德鲁·蔡博士(现任R&D爱德米Bio公司董事)和POSTECH机械工程系的韩海松(音译)领导的一个研究小组受到海参的可变胶原组织(MCT)的启发,开发了一种水驱动的自动操作的软执行器,其强度和速度超过了传统的软执行器。这项研究作为内封面论文发表在最新一期的《材料化学杂志》上

海参的身体是MCT制造的;因此,它可以根据周围环境硬化或软化。在几秒钟的时间内,海参的弹性模量可以变化高达10倍,迅速挤过缝隙或膨胀威胁捕食者。这种变化是由胶原组织中氢键的形成或破坏通过控制其化学调节剂而引起的。

致动器是一种刚性装置,通过使用电信号变化来改变物理状态,例如电机或开关。然而,一个对水有反应的软致动器——它使用水作为能源——可以应用于需要自由运动的软机器人。然而,现有的软执行器由于其脆弱性和速度慢,限制了其应用。

受海参MCT的启发,研究小组设计了一种可编程的致动器,海参通过与水反应而自由改变形状。这种致动器基于块状PNIPAAm水凝胶,其变化非常灵活,与使用水作为能源的传统软致动器相比,其致动力大200倍(2牛顿),致动力快300倍(1/3秒),即使在水下80℃的温度下也是如此。此外,通过几项测试,证明即使在承受300%的拉伸应变时,致动器也足够坚固,能够恢复原始形状。

这种致动器可应用于许多不同的领域,如工业和生物医学领域,包括工业机器人,如抓取和提升材料的抓取器,如人的手臂、伤口闭合器和人造手指。

董成金教授解释说:“这种柔软的机器人在接触到湿气时会激活,并且具有灵活性和可变形性,可以轻松适应各种环境。“这种新开发的水凝胶致动器非常强大,即使在没有电的地方,也能通过使用化学能快速启动,从而实现操作。”

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