13/12/2023
Door Ad Spijkers
Op planten geïnspireerde actuatoren van vloeibaar metaal ontsluiten een nieuw potentieel voor flexibele robotica.
Een onderzoeksteam van Hefei Institutes of Physical Science (480 km westelijk van Shanghai) van de Chinese Academy of Sciences (AoS) heeft programmeerbare fotothermische actuatoren ontwikkeld. Ze zijn gebaseerd op asymmetrische thermische uitzetting en hebben daarvoor vloeibaar metaal gebruikt om vloeibaar metaal/polyimide/polytetrafluorethyleen (LM/PI/PTFE) te construeren..
Meerlaags actuator
De onderzoekers werden geïnspireerd door de manier waarop het puntgevoelige gebied van een plant aan één kant samentrekt om ranken te vormen. De nu ontwikkelde rankachtige actuator heeft een aanpasbare initiële morfologie. Vloeibare metalen vervangen traditionele fotothermische materialen om fotothermische actuatoren te vervaardigen. Het is van cruciaal belang om de werking van fotothermische actuatoren van vloeibaar metaal te verrijken en om te zetten in robotbewegingen.
In dit onderzoek hebben wetenschappers een fotothermische actuator gebouwd met behulp van vloeibare metaal/polyimide (LM/PI) film en PTFE-tape, die het vermogen van planten om naar zonlicht te zoeken nabootst. Ze gebruikten LM/PI-film als steun- en fotothermische laag, terwijl PTFE-tape fungeerde als protoplasma dat kan samentrekken en buigen. Door de PTFE-tape vanuit verschillende hoeken op de LM/PI-film te monteren, krult het als ranken en zijn verschillende vormen te realiseren. Daarom noemen de onderzoekers het materiaal 'programmeerbaar'.
Eigenschappen
De resulterende actuator vertoonde grote vervorming, snelle respons, uitstekende stabiliteit en een hoog draagvermogen. Het zal het onderzoek en de praktische toepassing van flexibele robots, slimme apparaten en bionische systemen bevorderen. De onderzoekers hebben de actuator gemodelleerd en nauwkeurig de buigmorfologie voorspeld door middel van eindige elementen analyse. Op basis van de programmeerbaarheid van de initiële morfologie en de modelvoorspelling hebben de onderzoekers met succes robots ontworpen die kunnen kruipen, rollen, zwemmen, grijpen en hanteren.
De nieuwe actuator maakt volgens het team de weg vrij voor de verdere ontwikkeling van fotothermische actuatoren in bionische systemen en robotica.
Foto: LI Xiaofei