Zelfvouwende Minirobots Mogelijk Met Op Origami Geïnspireerde Grafeen

{h1}

Origami-geïnspireerde grafeenpapier dat zichzelf kan vouwen zou kunnen worden gebruikt om alles te creëren, van miniatuurrobot tot kunstmatige spieren, volgens een nieuwe studie.

Origami-geïnspireerde grafeenpapier dat zichzelf kan vouwen zou kunnen worden gebruikt om alles te creëren, van miniatuurrobot tot kunstmatige spieren, volgens een nieuwe studie.

Wetenschappers van de Donghua Universiteit in China hebben aangetoond dat het zacht verhitten van een vel grafeenpapier, dat buitengewoon sterk is (ongeveer 200 keer sterker dan staal per gewicht), het kan laten vouwen tot een apparaat dat vooruit en achteruit kan lopen. En in een primeur voor dit soort zelfvouwend materiaal toonden ze aan dat het ook van richting zou kunnen veranderen.

Het onderzoek zou wetenschappers kunnen helpen bij het ontwikkelen van zelfvouwende structuren en apparaten voor moderne toepassingen, waaronder draadloze micro-robots, kunstmatige spieren en apparaten voor tissue engineering, zei Jiuke Mu, een Ph.D. student aan de universiteit van Donghua en een van de uitvinders van het materiaal. [De 6 vreemdste robots ooit gemaakt]

"In de nabije toekomst zou het zelfs veranderingen in het leven van mensen kunnen brengen," vertelde Mu WordsSideKick.com, het voorbeeld van slimme kleding, "die zijn vorm en stijl zou kunnen veranderen als reactie op lichaamstemperatuur, veranderingen in het milieu of andere zachte stimulaties."

De technologie is afhankelijk van het speciaal behandelen van secties van grafeen papier, zodat ze van nature waterdamp absorberen uit de atmosfeer, aldus de onderzoekers. Wanneer het papier wordt verwarmd, komt dit water vrij, waardoor die secties krimpen en buigen. Wanneer de verwarming stopt, is dit proces omgekeerd.

Zorgvuldige plaatsing van deze behandelde secties maakte het mogelijk om verschillende zelfvouwende objecten te maken, waaronder het loopapparaat, een zelfassemblerende box en een kunstmatige hand die objecten vijf keer zwaarder dan zichzelf kan vasthouden en vasthouden.

De onderzoekers bepaalden de 3D-vorm waarin het papier vouwt door simpelweg de plaatsing en de breedte van de speciaal behandelde gebieden te veranderen, waarbij bredere delen meer dan kleinere gebieden buigen.

Het rupsachtige loopapparaat is gemaakt door een rechthoekig vel grafeenpapier te bouwen met drie behandelde banden die eroverheen liepen en die van voren naar achteren steeds breder werden. Toen het laken werd aangestoken met een bijna-infraroodlicht, zorgde het doorbuigen van deze secties ervoor dat het laken in een boog kromde.

Maar de variërende breedtes van deze secties betekenden dat de achterkant van het blad meer boogde dan de voorkant, dus toen het licht werd uitgeschakeld en het vel ontspannen ging, strekte het apparaat zich naar voren uit. De respons van het materiaal was zo snel dat vijf van deze stappen slechts 2 seconden duurden. Door slechts één zijde van het blad te verwarmen, konden de onderzoekers ook het apparaat laten draaien, omdat de ene kant meer zou buigen dan de andere.

Zelfvouwende materialen zijn de afgelopen jaren een belangrijk onderwerp van onderzoek geworden, met speciale aandacht voor zogenaamde actieve polymeren, materialen die andere vormen van energie in mechanisch werk omzetten. Maar tot op heden hebben onderzoeken vaak gebruik gemaakt van elektrische circuits, ongebruikelijke omgevingsomstandigheden of gecompliceerde combinaties van materialen, die kwetsbaar zijn.

Door hun apparaten volledig uit grafeen te maken - een één-atom dikke koolstoflaag die zowel ongelooflijk sterk als zeer rekbaar is - creëerden Mu en zijn collega's een apparaat dat nog steeds voor 90 procent effectief was, zelfs nadat het 500 keer was gevouwen. Het materiaal heeft ook een energieomzettingssnelheid van 1,8 procent, wat aanzienlijk beter is dan de 1 procent of lager die bereikt wordt door andere actieve polymeren, zei Mu. [7 coole gebruik van 3D-printen in de geneeskunde]

Naast de mogelijkheid om zelfvouwende apparaten te inspireren, zeiden de onderzoekers dat grafeenpapier uiteindelijk zou kunnen worden gebruikt om kunstmatige spieren te creëren. De stress gegenereerd door een van de papieren apparaten was bijna twee ordes van grootte hoger dan die van zoogdier skeletspieren, aldus de onderzoekers.

"In vergelijking met andere soorten zelfvouwende materialen is de volledig op grafeen gebaseerde structuur eenvoudiger, het reactiegedrag is sneller en de uitvoer is efficiënter," zei Mu. "Wat nog belangrijker is, is dat de origami en het loopgedrag op afstand worden bestuurd."

Zuiver grafeen kan echter duur en tijdrovend zijn om te creëren, dus de onderzoekers gebruikten grafeenoxide (GO) om hun papier te maken. Dit materiaal, zei Mu, kost slechts 1 Yuan (of 16 cent in Amerikaanse dollars) per gram.

De onderzoekers gebruikten GO-nanobladen als bouwstenen om grotere vellen te maken voordat ze een reductiereactie uitvoerden om zuurstofatomen uit de GO te verwijderen. Dit zet het materiaal om in gereduceerde GO (rGO), die niet zulke indrukwekkende eigenschappen heeft als ongerept grafeen, maar toch veel van dezelfde kenmerken deelt.

Cruciaal was echter dat de wetenschappers delen van het GO-papier met polydopamine (PDA) behandelden voordat de reductiereactie werd uitgevoerd, waardoor deze delen van GO niet konden worden gereduceerd. In tegenstelling tot de rest van het papier, absorberen deze speciaal behandelde gebieden gemakkelijk waterdamp, waardoor ze kunnen buigen.

De resultaten van het team werden beschreven in een paper gepubliceerd op 6 november in het tijdschrift Science Advances, maar Mu zei dat er nog een manier is om te gaan voordat praktische toepassingen van het papier kunnen worden gerealiseerd.

"Wij geloven dat er nog steeds ruimte is voor verbetering in de energie-conversie-efficiëntie," zei hij. "Ten tweede denken we dat naarmate het apparaat kleiner wordt in omvang, vooral op nanoschaal, de eigenschappen en origami-prestaties aanzienlijk zouden veranderen.Daarom zijn we ook geïnteresseerd in de ontwikkeling van een volledig origami-apparaat van nano-formaat. "

Volg WordsSideKick.com @wordssidekick, Facebook & Google+. Oorspronkelijk artikel over WordsSideKick.com.


Video Supplement: .




WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com