Вчені створили матеріали, що змінюють форму для м'яких роботів

Інженери Університету Макгілла створили нові ультратонкі матеріали, які можна запрограмувати на рух, складання та зміну форми, подібно до анімованого орігамі. Ці розробки відкривають шлях до створення м'якших, безпечніших та адаптивніших роботів, які можна використовувати в медичних інструментах для делікатного переміщення всередині тіла, носимих пристроях, що змінюють форму на шкірі, або розумній упаковці, яка реагує на навколишнє середовище.

Дослідження проводилося спільно лабораторіями Хаміда Акбарзаде з відділу біоресурсної інженерії та Марти Черруті з відділу гірничої та матеріальної інженерії. Науковці продемонстрували, як прості аркуші, схожі на папір, виготовлені зі складеного оксиду графену, можна перетворити на крихітні пристрої, які ходять, скручуються, перевертаються та відчувають власний рух. Два пов'язані дослідження показують, як ці матеріали можна виробляти у великих масштабах, програмувати на зміну форми та контролювати за допомогою вологості або магнітних полів.

Марта Черруті пояснила, що плівки з оксиду графену дуже перспективні для м'яких роботів наступного покоління та адаптивних приводів, проте їхнє реальне застосування залишається обмеженим, оскільки вони крихкі, складні у виробництві у великих масштабах та не здатні генерувати складний або програмований рух. Привід перетворює енергію на рух для забезпечення контрольованого переміщення або функціональності.

Команда створила плівки з оксиду графену, які є міцними та гнучкими. Ці матеріали добре підходять для використання в м'яких роботах, які повинні бути легкими, безпечними для людей та здатними рухатися складними способами без важких двигунів або жорстких частин.

Дослідники використали плівки з оксиду графену для створення структур, які реагують на повсякденні умови навколишнього середовища. У першому дослідженні структура, схожа на орігамі, відкривається при впливі вологості та знову закривається під час висихання. У другому дослідженні подібні форми були поєднані з крихітними магнітними частинками, тому ними можна дистанційно керувати за допомогою магніту без проводів або батарей.

Науковці виявили, що природна здатність шару оксиду графену проводити електрику таким чином, що змінюється під час згинання матеріалу, дозволяє складеним структурам відчувати власний рух. Це дає змогу структурам одночасно діяти як приводи, що рухаються, та датчики, що вимірюють рух.

Хамід Акбарзаде зазначив, що ці досягнення забезпечують створення надійних, реконфігурованих та багатофункціональних метаматеріалів з оксиду графену, здатних до складного руху, визначених користувачем змін форми, інтегрованого зондування та зворотного зв'язку в реальному часі, що знаменує появу перших реконфігурованих сенсорно-приводних метаматеріалів.