Negli ultimi 30 anni, i ricercatori hanno studiato materiali di attivazione che possono cambiare in modo reversibile il loro volume sotto vari stimoli al fine di sviluppare robot micro e biomimetici, muscoli artificiali e dispositivi medici.

Un team di ingegneri meccanici guidato dal professor Alfonso Ngan Hing-wan, Professore Ordinario in Scienza e Ingegneria dei Materiali, e Kingboard Professor in Ingegneria dei Materiali, Facoltà di Ingegneria, l'Università di Hong Kong (HKU) ha pubblicato un articolo in Robotica scientifica il 30 maggio 2018 (EST) che introduce un nuovo materiale di attivazione, l'idrossido di nichel-ossiidrossido, che può essere alimentato dalla luce visibile, elettricità, e altri stimoli. L'azionamento può essere attivato istantaneamente dalla luce visibile per produrre una rapida deformazione ed esercitare una forza equivalente a 3000 volte il proprio peso. Il costo del materiale di un attuatore tipico è di appena 4 HKD per cm2 e può essere facilmente fabbricato in tre ore.

I materiali di attivazione indotti dalla luce sono altamente desiderabili perché consentono il funzionamento wireless dei robot. Però, sono disponibili pochissimi materiali guidati dalla luce, e i loro costi di materiale e produzione sono elevati, ostacolando il loro sviluppo per applicazioni reali.

Lo sviluppo di materiali di azionamento è stato identificato come il numero 1 tra le 10 grandi sfide di Robotica scientifica . La ricerca sui materiali di azionamento può cambiare radicalmente il concetto di robot che ora sono principalmente a motore. Perciò, materiali che possono essere attivati ​​da stimoli wireless compreso un cambiamento di temperatura, umidità, campi magnetici e luce è uno dei principali focus di ricerca degli ultimi anni. In particolare, un materiale che può essere azionato dalla luce visibile e produce forti, un'attuazione rapida e stabile non è mai stata raggiunta. Il nuovo sistema di materiale di azionamento, nichel idrossido-ossiidrossido, che può essere attivato dalla luce visibile a intensità relativamente bassa per produrre un elevato stress e una velocità paragonabile ai muscoli scheletrici dei mammiferi è stato sviluppato in questa ricerca iniziata da ingegneri in HKU.

Oltre alle sue proprietà di attivazione della luce visibile, questo nuovo sistema di materiali può anche essere attivato dall'elettricità per l'integrazione nella tecnologia robotica esistente. È anche sensibile ai cambiamenti di calore e umidità in modo che possano essere potenzialmente applicati in macchine autonome che sfruttano questi piccoli cambiamenti di energia nell'ambiente. Poiché il componente principale è il nichel, il costo del materiale è basso.

La fabbricazione prevede solo l'elettrodeposizione, che è un processo semplice, e il tempo necessario per la fabbricazione è di circa tre ore. Perciò, il materiale può essere facilmente ridimensionato e prodotto nell'industria.

L'idrossido-ossiidrossido di nichel di nuova invenzione risponde alla luce quasi istantaneamente e produce una forza corrispondente a circa 3000 volte il proprio peso (Figura 1).

Quando integrato in una struttura ben progettata, un "minibraccio" costituito da due cerniere di materiali di azionamento può facilmente sollevare un oggetto 50 volte il suo peso (Figura 2). Allo stesso modo, utilizzando un leggero bloccante, i ricercatori hanno realizzato un mini robot da passeggio in cui solo la gamba anteriore si piega e si raddrizza alternativamente e quindi si muove sotto l'illuminazione in modo tale da poter camminare verso la fonte di luce (Figura 3). Questi dimostrano che le future applicazioni nella microrobotica, compresi i robot di soccorso, sono possibili.

Le prove di cui sopra hanno rivelato che questo materiale di attivazione idrossido-ossiidrossido di nichel può avere diverse applicazioni in futuro, inclusi robot di soccorso o altri mini-robot. Le proprietà di attuazione intrinseche dei materiali ottenuti dalla ricerca mostrano che aumentando la fabbricazione, si possono ottenere muscoli artificiali paragonabili a quelli dei muscoli scheletrici dei mammiferi.

Da un punto di vista scientifico, questo materiale di attivazione idrossido-ossiidrossido di nichel è il primo sistema di materiali al mondo che può essere azionato direttamente dalla luce visibile e dall'elettricità senza ulteriori procedure di fabbricazione. Questo apre anche un nuovo campo di ricerca sul comportamento di attivazione indotto dalla luce per idrossido-ossiidrossidi, che non è mai stato segnalato prima.