Selvfoldende Minirobots Mulige Med Origami-Inspireret Graphene

{h1}

Origami-inspireret grafenpapir, som kan foldes, kunne bruges til at skabe alt fra miniature robotter til kunstige muskler, ifølge en ny undersøgelse.

Origami-inspireret grafenpapir, som kan foldes, kunne bruges til at skabe alt fra miniature robotter til kunstige muskler, ifølge en ny undersøgelse.

Forskere fra Donghua Universitet i Kina har vist, at forsigtigt opvarmning af et ark grafenpapir, som er ekstraordinært stærkt (ca. 200 gange stærkere end stål i vægt), kunne få det til at foldes ind i en enhed, der kan gå frem og tilbage. Og i en første for denne slags selvfoldende materiale viste de, at det også kunne ændre retninger.

Forskningen kunne hjælpe forskere med at udvikle selvfoldende strukturer og enheder til moderne applikationer, herunder trådløst styrede mikroroboter, kunstige muskler og enheder til vævsteknik, sagde Jiuke Mu, en ph.d. studerende ved Donghua University og et af materialets opfindere. [De 6 Strangest Robots Ever Created]

"I den nærmeste fremtid kunne det endda medføre ændringer i folks liv," sagde Mu til WordsSideKick.com, der gav eksemplet på smarte tøj ", som kunne ændre sin form og stil som reaktion på kroppstemperatur, miljøændringer eller andre blide stimuleringer."

Teknologien er afhængig af specielt behandlende sektioner af grafenpapir, så de naturligt absorberer vanddamp fra atmosfæren, siger forskerne. Når papiret opvarmes, frigives dette vand, hvilket får disse sektioner til at krympe og bøje. Når opvarmningen stopper, vender denne proces om.

Omhyggelig placering af disse behandlede sektioner gjorde det muligt at oprette forskellige selvfoldige genstande, herunder gangenheden, en selvmonteringsboks og en kunstig hånd, der kan greb og holde genstande fem gange tungere end sig selv.

Forskerne fastlagde den 3D-form, som papiret foldes ved blot at ændre placeringen og bredden af ​​de specielt behandlede områder, med bredere sektioner, der bøjer mere end smalere.

Den caterpillarlike walking enhed blev skabt ved at bygge et rektangulært ark grafenpapir med tre behandlede bånd der løber over det, der blev gradvist bredere fra forsiden til bagsiden. Når arket var tændt med et næsten infrarødt lys, forårsagede bøjningen af ​​disse sektioner arket til at kurve ind i en bue.

Men de forskellige bredder af disse sektioner betød, at bagsiden af ​​arket buede mere end fronten, så da lyset blev slukket og pladen afspændte, strækkede enheden fremad. Materialets respons var så hurtigt, at fem af disse trin tog kun 2 sekunder. Ved at opvarme kun den ene side af arket var forskerne også i stand til at gøre enheden vende, fordi den ene side ville bøje mere end den anden.

Selvfoldende materialer er blevet et hovedemne for forskning i de senere år med særlig fokus på såkaldte aktive polymerer, materialer, der omdanner andre former for energi til mekanisk arbejde. Men undersøgelser hidtil har ofte været afhængige af elektriske kredsløb, usædvanlige miljøforhold eller komplicerede kombinationer af materialer, som har tendens til at være skrøbelige.

Ved at gøre deres enheder helt ud af grafen - et one-atom-tykt lag af kulstof, der både er utrolig stærkt og meget elastisk - Mu og hans kolleger skabte en enhed, der stadig var 90 procent effektiv, selv efter at være foldet 500 gange. Materialet har også en energiomregningssats på 1,8 procent, hvilket er betydeligt bedre end 1 procent eller lavere opnået ved andre aktive polymerer, sagde Mu. [7 kølige anvendelser af 3D-trykning i medicin]

Ud over at have potentiale til at inspirere selvfoldende indretninger, kunne forskerne sige, at grafenpapir kunne bruges til at skabe kunstige muskler. Stressen, der genereres af en af ​​papirindretningerne, var næsten to størrelsesordener højere end for pattedyrskeletmuskler, siger forskerne.

"Sammenlignet med andre former for selvfoldende materialer er den samlede grafenbaserede struktur enklere, dens responsadfærd er hurtigere, og udgangen er mere effektiv," sagde Mu. "Endnu vigtigere er dets origami og walking adfærd fjernstyret."

Ren grafen kan være dyrt og tidskrævende at skabe, men forskerne brugte grafenoxid (GO) til at lave deres papir. Dette materiale, Mu sagde, koster så lidt 1 yuan (eller 16 cent i amerikanske dollars) pr. Gram.

Forskerne brugte GO nanosheets som byggesten til at konstruere større ark før udførelse af hvad der er kendt som en reduktionsreaktion for at fjerne oxygenatomer fra GO. Dette omdanner materialet til reduceret GO (rGO), som ikke har så imponerende egenskaber som uberørt grafen, men deler stadig mange af de samme egenskaber.

Vigtigt, men forskerne behandlede områder af GO-papiret med polydopamin (PDA) inden udførelsen af ​​reduktionsreaktionen, som forhindrede disse dele af GO fra at blive reduceret. I modsætning til resten af ​​papiret absorberer disse specielt behandlede områder let vanddamp og giver dem mulighed for at bøje sig.

Holdets resultater blev beskrevet i et papir udgivet 6. november i tidsskriftet Science Advances, men Mu sagde, at der stadig er en måder at gå på, før nogen praktiske anvendelser af papiret kan realiseres.

"Vi mener, at der stadig er plads til forbedring af energieffektiviseringseffektiviteten," sagde han. "For det andet mener vi, at når enheden skalerer ned i størrelse, især til nanoskala, vil dens egenskaber og origami ydeevne ændre sig markant.Derfor er vi også interesserede i at udvikle en nano-størrelse all-graphene origami-enhed. "

Følg WordsSideKick.com @wordssidekick, Facebook & Google+. Originalartikel om WordsSideKick.com.


Video Supplement: .




DA.WordsSideKick.com
All Rights Reserved!
Reproduktion Af Materialer Tilladt Kun Prostanovkoy Aktivt Link Til Webstedet DA.WordsSideKick.com

© 2005–2019 DA.WordsSideKick.com