Новости химической науки > Приводимые в действие светом полимерные микророботы

Исследователи из Китая разработали полимерный манипулятор робота, который приводится в действие с помощью солнечного света и не содержит электронных составляющих.

Манипулятор робота может перемещать объекты небольшого размера. (Рисунок из Soft Matter, 2010, DOI: 10.1039/c0sm00012d)

Быстрое развитие робототехники в последние 50 лет оказало существенное влияние на промышленность, сельское хозяйство и многие смежные области практической деятельности человека. До настоящего времени большая часть роботизированных устройств, использовавшихся в качестве микромашин и движителей мускульного типа, конструировались из металлических компонентов, как, например, провода и электроды, и приводились в действие с помощью электрической энергии. Такая конструкция манипуляторов приводит к тому, что они отличаются незначительной гибкостью, легко корродируют и отличаются плохой биологической степенью.

Янлей Ю (Yanlei Yu) с коллегами из Университета Фудана (Шанхай) разработал полимерный манипулятор, способный поднимать и перемещать небольшие объекты, обходясь без механической или электрической активации. Устройство управляется видимым светом, который вызывает изменение формы полимерных деталей, новый манипулятор не содержит ни одной металлической детали.

Активные элементы нового устройства состоят из двуслойных полос двух различных полимерных материалов, один из которых представляет собой поперечно-сшитый жидкокристаллический полимер [cross-linked liquid crystalline polymer (CLCP)], другой – неактивный полиэтилен. Полимер CLCP представляет особый электроактивный полимер [electro-active polymer (EAP)], который часто рассматривается как «искусственные мышцы». При облучении синим светом материал CLCP сжимается, так как он находится на подложке из полиэтилена, двуслойная структура сгибается. Движение на изгиб полностью обратимо, что позволяет манипулятору, как сгибаться посередине как руке в локтевом суставе, так и формировать подобие хватательной кисти на конце. У устройства также есть активное «запястье», которое сгибается при облучении.

Микроробот, разработанный в группе Ю, может поднимать объекты, масса которых в 10 раз превышает суммарную массу полимерных частей, образующих «активную руку», «запястье» и «локоть». Относительное давление, которое создается при функционировании полимерной системы (300 кПа) сравнимо с аналогичным параметром мускульной системы человека (320 кПа). Поскольку свет является экологически безопасным, доступным и возобновляемым источником энергии, Ю уверен, что он может выступать в качестве идеальной замены электричеству. Он добавляет, что исследования позволяют разработать методы непосредственного конвертирования энергии света в механическое движение.

Ю уверен, что разработанный им тип робота может применяться в производстве микросистем. В настоящее время роботы, поднимающие и перемещающие детали микроэлектроники, часто применяются на сборочных линиях, исследователь из Шанхая уверен, что разработанные им роботы на «световой тяге» смогут «трудится от рассвета до заката» на сборочных линиях будущего.

Патрик Матер (Patrick Mather), эксперт по функциональным полимерным материалам из Института Биоматериалов Сиракуз отмечает, что работа, выполненная в группе Ю, является существенным вкладом в разработку биоморфных материалов и устройств.

Источник: Soft Matter, 2010, DOI: 10.1039/c0sm00012d

метки статьи: #новые материалы, #физическая химия, #химическая технология, #химия полимеров