Мягкие роботы на тепловой энергии: новая эра самодвижения

Представлены инновационные мягкие роботы, способные к самоподдерживаемому движению благодаря использованию низкоуровневой тепловой энергии. Разработанные с вдохновением от микроорганизмов, таких как сальмонелла, эти устройства используют динамические химические связи для преобразования тепла в механическое движение.

Команда исследователей из Китая и США создала координатно-моторизованный осциллятор (CoMO), который генерирует микродвижения, черпая энергию из окружающей среды, например, из солнечного света или тепла тела. Ключевым компонентом является эластичный полимер на основе полидиметилсилоксана (PDMS), динамически сшитый ионами европия (Eu3+).

В отличие от существующих систем, требующих значительных источников энергии, таких как электричество или сильный нагрев, эти мягкие роботы функционируют благодаря хемо-механической связи. Этот процесс имитирует движение жгутиков бактерий, где циклическое разрывание и формирование связей преобразует молекулярные переходы в непрерывное движение.

Конструкция CoMO включает два слоя: пассивный из целлюлозы и активный из эластичного материала Eu-Pdimi-PDMS. Слабые, но динамичные и термочувствительные связи в активном слое позволяют ему расширяться при нагреве и сжиматься при охлаждении. При воздействии тепла активный слой значительно расширяется, отталкивая робота от источника тепла. Охватываясь при движении, материал сжимается, возвращая робота к источнику тепла и инициируя новый цикл.

Прототипы CoMbots демонстрируют стабильную осцилляцию даже при разнице температур всего в 2 °C. За пятичасовой период испытаний они совершили более 4000 циклов, показав минимальное снижение эффективности. Исследователи также обнаружили, что данный принцип применим с другими металлами, такими как Al3+ и Zr4+.

Эта технология открывает перспективы для создания автономных, беспроводных датчиков и роботов для мониторинга окружающей среды в труднодоступных местах. Есть также предположения о возможности применения в биомедицинских роботах, способных функционировать внутри организма без внешних источников питания.