Чувствительные к влаге «роботы» ползают без внешнего источника питания: интеллектуальные материалы, созданные с использованием только вспышки камеры и оксида графена, перемещаются в ответ на изменения влажности

«Разработка интеллектуальных материалов, таких как чувствительный к влаге оксид графена, имеет большое значение для автоматизации и робототехники», — сказал Юн-Лай Чжан из Университета Цзилинь, Китай, и руководитель исследовательской группы. «Наш очень простой метод изготовления умных типичных оксидов графена также чрезвычайно эффективен. Лист можно приготовить за одну секунду».

В журнале Optical Materials Express от The Optical Society (OSA) исследователи сообщили, что листы оксида графена, обработанные кратковременным воздействием яркого света в виде вспышки камеры, демонстрировали обратимый изгиб под углами от нуля до 85 градусов в ответ на переключение. относительная влажность от 33 до 86 процентов. Они также продемонстрировали, что их метод воспроизводим, а созданные ими простые роботы обладают хорошей стабильностью.

Хотя другие материалы могут изменять форму под воздействием влаги, исследователи экспериментировали с материалами на основе графена, потому что они невероятно тонкие и обладают уникальными свойствами, такими как гибкость, проводимость, механическая прочность и биосовместимость. Эти свойства делают графен идеальным для широкого применения в различных областях. Например, превосходная биосовместимость материала может позволить использовать чувствительный к влаге оксид графена в системах «орган на чипе», которые имитируют механику и физиологическую реакцию целых органов и используются для открытия лекарств и других биомедицинских исследований.

Изготовление материала, чувствительного к влагеДругие группы показали, что оксид графена может стать чувствительным к влаге с помощью химической реакции, называемой восстановлением, которая удаляет кислород из молекул. Фактически, исследователи ранее продемонстрировали, что эффект может вызывать как солнечный свет, так и ультрафиолетовый свет.

Однако эти подходы было трудно контролировать и они не очень эффективны.Исследовательская группа экспериментировала с использованием вспышки камеры, которая обычно охватывает широкий спектральный диапазон, в качестве простого и эффективного способа создания чувствительного к влаге графена.

Вспышка камеры позволила исследователям удалить или уменьшить кислород только с одной стороны листа оксида графена. Когда присутствует влага, восстановленная сторона оксида графена поглощает меньше молекул воды, в результате чего невосстановленная сторона расширяется и лист изгибается в сторону восстановленной стороны.

Если затем материал подвергается воздействию сухого воздуха, он расплющивается.Исследователи обнаружили, что удерживания вспышки на расстоянии примерно 20-30 сантиметров от листа оксида графена было достаточно, чтобы выборочно модифицировать верхний слой листа, не проникая полностью на другую сторону. Лист также должен быть более 5 микрон, чтобы предотвратить его полное уменьшение под воздействием вспышки.Графеновые роботы

Чтобы создать гусеницу, управляемую влагой, исследователи вырезали из оксида графена, обработанного импульсной обработкой, форму насекомого с четырьмя ногами. Самостоятельно стоящий гусеничный трактор имел ширину около 1 сантиметра и двигался вперед при повышении влажности. Выключение и включение влажности несколько раз заставляло гусеницу перемещаться на 3,5 миллиметра за 12 секунд без внешнего источника энергии.

Исследователи также создали форму когтя, склеив вместе восемь лент размером 5 на 1 миллиметр из оксида графена, подвергнутого мгновенной обработке, в форме звезды. При наличии влаги клешня закрывается в течение 12 секунд.

Он вернулся в открытое положение после 56 секунд воздействия сухого воздуха.«Эти роботы просты, и ими можно гибко управлять, изменяя влажность окружающей среды», — сказал Чжан. «Эти конструкции очень важны, потому что перемещение и захват / освобождение являются основными функциями автоматизированных систем».Чжан добавил, что интеграция чувствительного к влаге графена в микроканальную систему, подключенную к контроллеру влажности, может позволить еще более точное управление другими типами роботов или простых машин.

В настоящее время исследователи работают над способами улучшения контроля изгиба материала и экспериментируют со способами повышения производительности роботов, сделанных из чувствительного к влаге оксида графена.


Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *