Mușchii artificiali biodegradabili fac roboții mai prietenoși cu mediul

Mușchii artificiali sunt o tehnologie aflată în plin progres care le-ar putea permite roboților să funcționeze ca niște organisme vii. Iar mușchii artificiali biodegradabili i-ar putea face prietenoși cu mediul.

Mușchii artificiali aduc noi moduri în care roboții pot modela lumea din jurul nostru; de la dispozitive purtabile de asistență care ne pot redefini abilitățile fizice la bătrânețe, până la roboți de salvare care pot naviga prin moloz în căutarea celor dispăruți.

• A fost descoperită o legătură surprinzătoare între furtunile solare și cutremure
• Oamenii de știință programează bacterii pentru a devora tumorile canceroase

Dar doar pentru că mușchii artificiali pot avea un impact puternic asupra societății în timpul utilizării, asta nu înseamnă că trebuie să aibă un impact puternic asupra mediului după utilizare.

Subiectul sustenabilității în robotica moale a fost acum adus în atenție de o echipă internațională de cercetători de la Institutul Max Planck pentru Sisteme Inteligente (MPI-IS) din Stuttgart (Germania), Universitatea Johannes Kepler (JKU) din Linz (Austria) și Universitatea din Colorado (CU Boulder), Boulder (S.U.A.).

O echipă de cercetători a creat mușchii artificiali biodegradabili

Cercetătorii au colaborat pentru a proiecta mușchii artificiali biodegradabili, de înaltă performanță, bazați pe gelatină, ulei și bioplastice. Oamenii de știință arată potențialul acestei tehnologii biodegradabile utilizând-o pentru a anima o prindere robotică, care ar putea fi utilă în special în implementări de unică folosință, cum ar fi pentru colectarea deșeurilor.

La sfârșitul vieții, acești mușchi artificiali pot fi aruncați în coșurile municipale de compost; în condiții monitorizate, mușchii se biodegradează complet în decurs de șase luni, notează Tech Xplore.

„Vedem o nevoie urgentă de materiale sustenabile în domeniul accelerat al roboticii moi. Piesele biodegradabile ar putea oferi o soluție durabilă, în special pentru aplicații de unică folosință, cum ar fi pentru operațiuni medicale, misiuni de căutare și salvare sau de manipulare a substanțelor periculoase”, spune Ellen Rumley, de la MPI-IS.

„În loc să se acumuleze în gropile de gunoi la sfârșitul perioadei de utilizare, roboții viitorului ar putea deveni compost pentru creșterea plantelor”, spune ea.

Rumley este coautoare principală a lucrării, care apare în Science Advances.

Cum funcționează dispozitivul?

Mai exact, echipa de cercetători a construit un muşchi artificial acţionat electric numit HASEL. În esență, HASEL-urile sunt pungi de plastic umplute cu ulei care sunt parțial acoperite de o pereche de conductori electrici numiți electrozi.

Aplicarea unei tensiuni înalte pe perechea de electrozi determină acumularea de sarcini opuse pe ele, generând o forță între ele care împinge uleiul într-o zonă fără electrozi a pungii. Această migrare a uleiului face ca punga să se contracte la fel ca un mușchi adevărat.

Cerința cheie pentru deformarea HASEL-urilor este ca materialele care formează punga de plastic și uleiul să fie izolatori electrici, care pot suporta solicitările electrice mari generate de electrozii încărcați.

Una dintre provocările acestui proiect a fost dezvoltarea unui electrod conductiv, moale și complet biodegradabil. Cercetătorii de la Universitatea Johannes Kepler au creat o rețetă bazată pe un amestec de gelatină biopolimer și săruri care pot fi turnate direct pe HASEL.

Din ce materiale sunt făcuți mușchii artificiali biodegradabili?

„A fost important pentru noi să facem electrozi potriviți pentru aceste aplicații de înaltă performanță, dar cu componente ușor disponibile și cu o strategie de fabricație accesibilă. Deoarece formula noastră poate fi integrată cu ușurință în diferite tipuri de sisteme acționate electric, ea servește ca element de bază pentru viitoare aplicații biodegradabile”, afirmă David Preninger, de la Divizia de fizică a materiei moale din cadrul JKU.

Următorul pas a fost găsirea materialelor plastice biodegradabile adecvate. Inginerii pentru acest tip de materiale sunt preocupați în principal de proprietăți precum rata de degradare sau rezistența mecanică, nu de izolarea electrică; iar pentru HASEL-uri acest din urmă lucru este foarte important, deoarece funcționează la câteva mii de volți.

Cu toate acestea, unele bioplastice au arătat o bună compatibilitate a materialelor cu electrozii de gelatină și o izolație electrică suficientă. HASEL-urile realizate dintr-o combinație specifică de materiale au fost capabile chiar să reziste la 100.000 de cicluri de acționare la câteva mii de volți fără semne de defecțiune electrică sau pierderi de performanță.

Viitorul robotici poate fi unul prietenos cu mediul

Mușchii artificiali biodegradabili sunt competitivi din punct de vedere electromecanic cu omologii lor nebiodegradabili, ceea ce este un rezultat interesant pentru promovarea durabilității în tehnologia mușchilor artificiali.

„Arătând performanța remarcabilă a acestui nou sistem de materiale, oferim un stimulent pentru comunitatea robotică să considere materialele biodegradabile ca o opțiune de material viabilă pentru construirea roboților”, continuă Ellen Rumley.

„Sperăm că faptul că am obținut rezultate atât de grozave cu bioplasticele să îi motiveze și pe alți oameni de știință să creeze noi materiale având în vedere performanța electrică optimizată”, spune ea.

Vă recomandăm să citiți și:

O bioimprimantă 3D va printa meniscuri umane pe Stația Spațială Internațională

ARTEMIS, cel mai rapid robot umanoid din lume, se pregătește de RoboCup

Tesla va renunța la pământurile rare și va dezvolta un motor cu magneți permanenți

Smartphone-ul transformat în microscop, alternativa accesibilă pentru elevi