Функционирует при финансовой поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям (Роспечать)

Электроосмотический актуатор из гидрогеля оказался подвижным и сильным

Ko et al. / ASC Nano, 2020

Корейские инженеры сделали мягкий актуатор, который основан на электроосмосе. Два электрода и слой потрескавшегося золота заставили поочередно набухать разные стороны гидрогеля, отчего его часть деформировалась или сгибалась. Электроосмотический актуатор продемонстрировал рекордные для электрохимических устройств подвижность и силу, кроме того, его можно изготовить любого размера и формы. Статья опубликована в ASC Nano.

Одно из наиболее популярных инженерных направлений в наши дни — разработка мягких механизмов, таких как ловкий захват для хрупких предметов неправильной формы. Искусственные пальцы — далеко не единственный вариант мягкой техники. Например, при помощи полимера с памятью формы можно создать аналог ресничек эпителия, которые бы двигали густую слизь или мелкий порошок по гибкому каналу. Или, например, американские инженеры сделали подвижную роботизированную ткань для одежды. Для мягких движущихся устройств остаются актуальными те же параметры, что и для жестких: сила и скорость движения, подвижность, управляемость, энергопотребление и механическая прочность.

Йон Кук Ко (Jongkuk Ko) из Университета Корё и его коллеги сделали мягкий подвижный актуатор на основе гидрогеля, который приводится в действие силой электроосмоса. На полоску полиакриламидового геля с двух сторон нанесли несколько слоев наночастиц золота. Эти частицы слепились, и сформировали потрескавшийся проводящий слой толщиной около сотни нанометров.


Один слой золота подсоединили к отрицательному электроду, а второй к положительному, и вода за счет электроосмоса начала просачиваться сквозь гель к отрицательно заряженной стороне, отчего та набухла. Поскольку одна сторона геля набухла и увеличилась, а вторая нет, полоска начала деформироваться и согнулась. После смены полярности электродов те же силы выгнули ее в другую сторону, и таким образом гель превратился в гибкое щупальце.

Электроосмотический актуатор оказался очень подвижным и смог сворачиваться в кольцо в обе стороны за пару секунд при рабочем напряжении три вольта, в то время как обычно потрескавшиеся электроды при такой деформации выходят из строя.

Для демонстрации возможностей инженеры сделали из него механический захват, который при весе в 32 миллиграмма и длине один сантиметр смог поднять батарейку весом один грамм. Для сравнения, другие электрохимические захваты могут удерживать грузы лишь в два раза тяжелее себя. Захваты-щупальца — не единственное возможное применение актуатору. Поскольку он может быть почти любого размера и формы, то, например, из него можно сделать самосворачивающийся коврик, который укутывает объект, или из сети управляемых ресничек изготовить «конвейер».

Мягкий актуатор — это «руки» мягкого робота, но ему нужен какой-то орган, который будет принимать решения, и в Британии смогли сделать жидкостные логические цепи из мягких трубок. Мягким можно сделать и сам электрический насос, правда, только для диэлектрической жидкости.

Василий Зайцев

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.