Nuova ricerca dal laboratorio di Ozgur Sahin, professore associato di scienze biologiche e fisica alla Columbia University, mostra che i materiali possono essere fabbricati per creare attuatori morbidi, dispositivi che convertono l'energia in movimento fisico, che sono forti e flessibili, e, più importante, resistente ai danni causati dall'acqua.

"C'è una tendenza crescente a realizzare tutto ciò con cui interagiamo e tocchiamo con materiali dinamici e sensibili all'ambiente, " Dice Sahin. "Abbiamo trovato un modo per sviluppare un materiale che è ancora resistente all'acqua, allo stesso tempo, attrezzato per sfruttare l'acqua per fornire la forza e il movimento necessari per azionare i sistemi meccanici."

La ricerca è stata pubblicata online il 21 maggio in Tecnologie avanzate dei materiali .

La maggior parte dei sistemi robotici tradizionali sono difficili, questo è, composto da strutture metalliche che richiedono un computer per funzionare. I robot morbidi sono creati con materiali che non utilizzano uno scheletro rigido o elettricità per fornire resistenza meccanica. Sono più semplici da realizzare e meno costosi dei robot duri, più capace di movimenti complessi e più sicuro da usare in presenza di esseri umani.

Il materiale sviluppato dai ricercatori della Columbia è costituito da una nuova combinazione di spore, unità prodotte da batteri spesso utilizzati come integratori alimentari, e adesivi. Forniscono un'alternativa ai materiali, come polimeri sintetici, comunemente utilizzati negli attuatori rigidi e sono migliori dei gel più generalmente utilizzati negli attuatori morbidi. Rispetto al nuovo materiale, i gel sono più lenti a rispondere, non può generare un'elevata potenza o forza e di solito si guastano a diretto contatto con l'acqua.

Sebbene le singole spore siano resistenti all'acqua, sono così piccoli che devono essere legati insieme tramite un processo fotochimico in cui la luce ad alta intensità li incolla istantaneamente insieme in un materiale composito. I ricercatori impiegano un economico, luce UV disponibile in commercio che viene utilizzata nei saloni per curare lo smalto per unghie.

Una volta asciutto, il materiale è impilato in strati per formare una struttura microscopica che si espande o si contrae con l'umidità o l'umidità, producendo la forza e il movimento del lavoro meccanico.

"È come fare fogli o superfici dalla sabbia, ", afferma il ricercatore postdottorato Onur Cakmak, autore principale dello studio e membro del gruppo di ricerca. "Il materiale è molto granulare."

Guidato dal disegno del modello, il composito poroso può piegarsi, piegare e aprire in risposta all'umidità o all'acqua. Ciò conferisce agli attuatori morbidi agilità e adattabilità all'ambiente circostante, proprio come gli organismi in natura. La capacità di essere modellato, dice Cakmak, "è essenziale se si vogliono realizzare sistemi utili con questi materiali".

Sahin vede molte potenziali applicazioni per il nuovo materiale, da oggetti pratici a creazioni artistiche. Attuatori realizzati in resistente all'acqua, Il composito sensibile all'umidità potrebbe essere utilizzato per aprire le finestre di un edificio quando l'umidità aumenta troppo. Il materiale potrebbe anche essere aggiunto al tessuto dell'abbigliamento sportivo per aiutare il sudore a evaporare più velocemente. "Stiamo fornendo materiale con cui i designer possono lavorare e realizzare rapidamente le loro idee, " dice Sahin.

Le applicazioni destinate a funzionare per anni necessitano ancora di ulteriori test, Aggiunge, ma quelli progettati per periodi più brevi potrebbero essere già pronti per l'uso.

"Mentre lavoriamo su questo, impariamo anche molti altri possibili usi, alcuni legati al design e altri ai materiali che potrebbero far parte dei prodotti che ci circondano, "dice Sahin. "Potrebbero essere luoghi in cui l'impatto di questo potrebbe essere più rapido."