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Lebensechtes weiches Robotermaterial reagiert auf Licht durch Verschieben und Bewegen

Lebensechtes weiches Robotermaterial reagiert auf Licht durch Verschieben und Bewegen

Forscher der Northwestern University haben eine Familie weicher synthetischer Materialien geschaffen, die sich wie Lebewesen verschieben und bewegen.

Die Materialien, die vom Team in Northwestern als "Roboter-Weichmaterie" bezeichnet werden, biegen, drehen und kriechen auf Oberflächen, sobald Licht auf sie trifft. Sie bewegen sich ohne Hardware oder Software, nicht einmal hoch entwickelte Hydraulik erledigt den Job.

Das Team ist der Ansicht, dass ihre Entwicklung bei bestimmten Anwendungen in den Bereichen Energie, Umweltsanierung und fortgeschrittene Medizin nützlich sein könnte.

Ihre Studie wurde in veröffentlicht Naturmaterialien Montags.

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Lebewesen als Vorbilder

"Wir leben in einer Zeit, in der ständig intelligentere Geräte entwickelt werden, um unser tägliches Leben zu verwalten", sagte Samuel I. Stupp aus dem Nordwesten, der die Studien leitete.

"Die nächste Grenze liegt in der Entwicklung neuer Wissenschaften, die inerte Materialien zu unserem Vorteil zum Leben erwecken - indem sie so gestaltet werden, dass sie die Fähigkeiten von Lebewesen erwerben."

Es mag gut aussehen, als ob das Bewegen von Materialien ein natürlicher Prozess ist, aber es bedurfte einiger ernsthaft fortgeschrittener wissenschaftlicher Erkenntnisse, um sie dazu zu bringen, sich auf diese Weise zu verändern. Sie bestehen aus nanoskaligen Peptidanordnungen, die das gesamte Wasser aus dem Material entfernen. Diese Peptidarrays wurden von Stupp an Polymernetzwerke gebunden, die dann so konstruiert waren, dass sie auf blaues Licht reagieren.

Sobald das Licht auf die Struktur trifft, verschiebt sich das Netzwerk von absorbierendem Wasser (hydrophil) zu abfließendem Wasser (hydrophob). Wenn die Materialien das Wasser aus ihrer Struktur drücken, zieht es sich zusammen und bewegt sich. Und wenn das Licht ausgeschaltet wird, wird das Wasser wieder in das Material aufgenommen, wodurch es sich ausdehnt und in seinen ursprünglichen Zustand zurückkehrt.

Diese Bewegungen sind der Funktionsweise unserer menschlichen Muskeln sehr ähnlich, was Stupp und sein Team in erster Linie inspiriert hat.

"Aus biologischen Systemen haben wir gelernt, dass die Magie der Muskeln auf der Verbindung zwischen Anordnungen kleiner Proteine ​​und riesigen Proteinpolymeren beruht, die sich ausdehnen und zusammenziehen", erklärte Stupp. "Muskeln verwenden dazu eher einen chemischen Brennstoff als Licht, um mechanische Energie zu erzeugen."

Der Grund, warum sich die Materialien auf unterschiedliche Weise drehen und verschieben können, hängt davon ab, wo das Licht auf sie trifft. Wenn Sie die Richtung des Lichts ändern, während es sich bereits auf das Material konzentriert, werden sie sich auf bestimmte Weise drehen oder kriechen.

Die Materialien können in nahezu jeder Form hergestellt werden, was sie möglicherweise für eine Reihe von Aufgaben äußerst nützlich macht, von Gehirnoperationen bis hin zu Umweltsanierungen.

"Diese Materialien könnten die Funktion von weichen Robotern verbessern, die erforderlich sind, um zerbrechliche Objekte aufzunehmen und sie dann an einem genauen Ort freizugeben", so Stupp.

"In der Medizin könnten sich beispielsweise weiche Materialien mit 'lebenden' Eigenschaften verbiegen oder ihre Form ändern, um nach einem Schlaganfall Blutgerinnsel im Gehirn wiederzugewinnen. Sie könnten auch schwimmen, um die Wasserversorgung und das Meerwasser zu reinigen, oder sogar Heilungsaufgaben übernehmen, um Defekte zu reparieren Batterien, Membranen und chemische Reaktoren. "


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