Гидрогель – материал для мягких роботов будущего

Создано 30.05.2013 10:58

Автор: Алексей Норкин

В сознании усредненного обывателя робот – некий железный истукан, тяжелый и неуклюжий. На самом деле формы исполнения умных механизмов необычайно многообразны уже сегодня. Какой вид примут роботы в будущем – невозможно даже представить. Основываясь на разнообразных прикладных задачах для робототехники и технологических достижениях, ученые создают все новые и новые виды и классы роботов.

Обычно лучшие достижения ученых основаны на использовании природных принципов. Явление фототропизма известно людям давно. Его легко увидеть, наблюдая за комнатными растениями. Все они с разной скоростью, но неизменно разворачиваются и тянутся к свету. Вдохновленные «упорством» растений исследователи из Университета Калифорнии в Беркли (University of California, Berkeley) разработали реагирующий на свет гидрогель, который потенциально может быть использован для создания мягких роботов, управляемых светом.

Материал, разработанный научным коллективом под руководством доцента кафедры биоинженерии Сенг-Вук Ли (Seung-Wuk Lee) представляет собой совокупность синтетических эластичных белков и листов графена. Белки способны впитывать и выделять влагу, реагируя на изменение температуры, а графеновые листы нагреваются под воздействием инфракрасного излучения.

Два различных материала объединены в нанокомпозитный биополимер или гидрогель, причем таким образом, что одна его сторона более пористая, чем другая. В результате поглощение и выделение воды гелем на пористой стороне происходит быстрее, чем на противоположной. На практике разница свойств сторон материала приводит к тому, что под воздействием света он изменяет форму, сгибается и возвращается в прежнее состояние, если воздействие света прекращается. Принцип работы нового материала поясняет видео, на котором сделанная из гидрогеля «ладонь» сгибает и разгибает «пальцы», подчиняясь командам светового луча.

Ученые описали созданный ими гидрогель в журнале Nano Letters. По их мнению, новый материал может быть использован в перспективных отраслях робототехники для создания мягких механизмов по примеру таких живых существ как морские звезды, кальмары или осьминоги.

«Изменяющие форму гели, такие как наш, могут найти применение для доставки лекарств и тканевой инженерии», - считает Сенг-Вук Ли. «Объединив два материала, мы смогли имитировать способность клеток растений расширяться и сокращаться, реагируя на свет более точным и контролируемым образом. Так как гель сокращается неравномерно, материал сгибается, когда попадает на свет. Мы использовали это движение изгиба для демонстрации».

По материалам UC Berkeley