Sztuczne mięśnie, dzięki którym maszyny mogą się poruszać i manipulować, wcale nie muszą być z gumy, plastiku czy innych tworzyw sztucznych, które zanieczyszczają środowisko. Mogą się rozkładać, tak jak ludzkie. Badacze skomponowali włókna mięśniowe z żelatyny, oleju i biotworzyw.
Międzynarodowy zespół naukowców z Instytutu Systemów Inteligentnych im. Maxa Plancka (MPI-IS) w Stuttgarcie (Niemcy), Uniwersytetu Johannesa Keplera (JKU) w Linz (Austria) oraz Uniwersytetu w Kolorado (CU Boulder) zaprojektowali wysokowydajny i biodegradowalny sztuczny mięsień. Po co? Roboty też się psują, niszczą i zużywają. Pod koniec żywota taką maszynę można by po prostu wyrzucić do kompostownika bez obaw o zanieczyszczenie środowiska, jakie przynosi utylizacja robotów ze stali i tworzyw sztucznych. Mięśnie z żelatyny i oleju w kontrolowanych warunkach ulegają pełnej biodegradacji w ciągu sześciu miesięcy.
– Części biodegradowalne mogą stanowić zrównoważone rozwiązanie, zwłaszcza w zastosowaniach jednorazowego użytku, takich jak operacje medyczne, misje poszukiwawczo-ratownicze i manipulowanie substancjami niebezpiecznymi. Roboty przyszłości mogą stać się kompostem dla przyszłego wzrostu roślin – mówi Ellen Rumley.
To badaczka wizytująca z CU Boulder, pracująca w dziale materiałów robotycznych w MPI-IS, współautorka artykułu „Biodegradowalne elektrohydrauliczne siłowniki dla zrównoważonych miękkich robotów”, który opublikowano w Science Advances 22 marca 2023 r.
„Ekologiczne” mięśnie pobudzane elektrycznie otrzymały nazwę HASEL. To wypełnione olejem woreczki, częściowo pokryte parą elektrod. Przyłożenie do nich wysokiego napięcia powoduje gromadzenie się na przeciwstawnych ładunków, co generuje siłę między nimi, która wypycha olej do obszaru woreczka wolnego od elektrod. Migracja oleju powoduje kurczenie się torebki, co przypomina działanie ludzkich mięśni. Kluczowym wymogiem, aby HASEL mógł się odkształcać, jest to, aby materiały, z których wykonany jest woreczek i olej, były izolatorami elektrycznymi, które mogą wytrzymać wysokie naprężenia elektryczne generowane przez naładowane elektrody.
Innym z wyzwań tego projektu było opracowanie przewodzącej, miękkiej i w pełni biodegradowalnej elektrody. Naukowcy z Uniwersytetu Johannesa Keplera stworzyli recepturę opartą na mieszaninie biopolimerowej żelatyny i soli, którą można bezpośrednio wylewać na siłowniki HASEL.
Kolejnym krokiem było znalezienie odpowiednich biodegradowalnych tworzyw sztucznych. Wymóg dla HASEL? Działanie przy kilku tysiącach woltów. Okazało się, że niektóre biotworzywa wykazały dobrą kompatybilność materiałową z elektrodami żelatynowymi i wystarczającą izolację elektryczną. Mięśnie HASEL wykonane z jednej konkretnej kombinacji materiałów zniosły 100 000 cykli uruchamiania przy kilku tysiącach woltów bez oznak awarii lub utraty wydajności.
– Fakt, że osiągnęliśmy tak wspaniałe wyniki z biotworzywami, miejmy nadzieję zmotywuje również innych naukowców zajmujących się materiałami do tworzenia nowych materiałów z myślą o zoptymalizowanej wydajności elektrycznej – dodała Ellen Rumley.
Więcej informacji na temat znajdziesz TU
Zdjęcie zajawka: grafika stworzona przez AI (Midjourney.com)
Zostaw komentarz
You must be logged in to post a comment.