Un muschi ultrafin, artificial pentru robotica haptica

Cercetătorii de la KAIST au dezvoltat un mușchi ultrafin, artificial pentru robotica soft (haptic). Progresul, recent raportat în revista Science Robotics, a fost demonstrat cu o broșă de înfloritoare robotizată, dansând fluturi robotici și frunzele de copac falfaind pe o piesă de artă cinetică.

Echivalentul robot al unui mușchi care se poate mișca este denumit actuator. Actuatorul se extinde, se contractă sau se rotește similar cu fibrele musculare folosind un stimulent precum electricitatea. Inginerii din întreaga lume se străduiesc să dezvolte actuatoare mai dinamice, care să răspundă rapid, să se poată îndoi fără să se rupă și să fie foarte durabile. Mușchii soft și robotici ar putea avea o mare varietate de aplicații, de la electronice purtabile până la proteze avansate.

Echipa de la Centrul de Inițiere Creativă de Cercetare KAIST pentru Nano-Inginerie funcțională antagonistă a dezvoltat un mușchi artificial foarte subțire, sensibil, flexibil și durabil. Actuatorul arată ca o fâșie subțire de hârtie de aproximativ un centimetru lungime. Au folosit un anumit tip de material numit MXene, care este o clasă de compuși care au straturi doar cu câțiva atomi de grosime.

Materialul ales MXene (T3C2Tx) este format din straturi subțiri de compuși de titan și carbon. Nu era flexibil de la sine; foi de material ar scăpa de actuator atunci când este îndoit într-o buclă. Acest lucru s-a schimbat atunci când MXene a fost “ionizat încrucișat” – conectat printr-o legătură ionică – la un polimer sintetic. Combinația de materiale a făcut ca actuatorul să fie flexibil, păstrând în același timp rezistența și conductivitatea, ceea ce este esențial pentru mișcările antrenate de electricitate.

Aceasta combinatie specială a performat mult mai bine decat altele raportate. Servomotorul lor a răspuns foarte rapid la tensiune joasă și a durat mai mult de cinci ore mișcându-se continuu.

Pentru a dovedi funcționarea micilor mușchi robotici, echipa a încorporat actuatorul în arta purtabilă: o broșă inspirată de origami ce imită modul în care o floare de narcisi își desfășoară petalele atunci când se aplică o cantitate mică de electricitate. De asemenea, au proiectat fluturi robotici care își mișcă aripile în sus și în jos și au făcut ca frunzele unei sculpturi de copaci să fosneasca.

“Robotica purtabilă și arta cinetică demonstrează modul în care mușchii robotici pot avea aplicații distractive și frumoase”, a spus Il-Kwon Oh, autor principal al lucrarii de cercetare și profesor de inginerie mecanică. “De asemenea, arată potențialul enorm pentru mușchii mici, artificiali pentru o varietate de utilizări, cum ar fi sistemele de feedback haptic și dispozitivele biomedicale active.”

Echipa intenționează ca urmatorul pas să investigheze mai multe aplicații practice ale actuatoarelor haptice pe bază de MXene și alte aplicații de inginerie a nanomaterialelor MXene 2D.

Sursa: KAIST