Інженери спроєктували роботизований маніпулятор з модифікованої деревини, що деформується у відповідь на вологу і тепло. За високої міцності така роборука демонструє чудову гнучкість, витримуючи температури до 200 градусів. Реакція деревини на вологу і тепло дозволяє використовувати її як актуатор для роботів, який буде дешевшим і екологічнішим. Робота опублікована у Advanced Materials.
Роборука дерев'яними пальцями вхопилася за м'ячик. Lulu Bai et al. / Advanced Materials, 2023
Інженери тепер теслярі?
Матеріали, які деформуються під впливом температури, світла, магнітних полів, хімічних реакцій, зараз активно знаходять своє використання зокрема у робототехніці, що дає розробникам змогу відмовлятися від складних конструкцій для роботів. Однак вчені з Китаю та Сінгапуру звернули увагу, що зазвичай у розробці альтернативних приводів для роботів нехтують вологою, яка також може бути джерелом енергії для деформації.
Тому науковці вирішили звернутися до деревини, яка добре себе зарекомендувала не лише механічними властивостями, екологічністю та дешевизною, а і взаємодією з вологою.
Що зробили з деревиною?
Зразки кленового дерева товщиною у пів міліметра позбавили лігніну, що заповнює проміжки у целюлозному каркасі деревини. Так вчені знизили жорсткість дерева та змогли надати йому потрібної форми (у роботі створювали арки), згинаючи за температури у 70 градусів Цельсію. Модифікована таким чином деревина, як і звичайна, може розтягуватися за вищої вологи. Однак, утворений внаслідок делігніфікації простір у внутрішній структурі клена, створив більше місця для поглинання та вивільнення молекул води, тож зразок дослідників став більш гідрофільним.
Створені з клену пальці для роборуки. Lulu Bai et al. / Advanced Materials, 2023
Щоб підвищити ці властивості, науковці додали ще гігроскопічний гель, щоб клен міг поглинати вологу і з пари. Таким чином, матеріалознавці отримали з дерева піддатливий матеріал, деформаціям якого можна керувати за допомогою тепла і вологи.
Що можна зробити з такого клена?
Щоб перевірити ефективність свого підходу, з обробленої деревини вчені зібрали кінцівки для роборуки. П'ять пальців можуть розтягуватися і згинатися, потрапляючи в різне середовище, де гель у вмісті деревини висихатиме, або навпаки, насичуватиметься вологою. Помістивши роборуку у середовище з температурою в 170-200 градусів Цельсію, пальці деформувалися та вхопили склянку, апельсин та ляльку. Щоб звільнити їх, роборуку поміщали у середовище з відносною вологістю у 95 відсотків. Робопальці витримують вантаж у 2 тисячі разів більший за власну вагу та здатні відновити свою деформацію після навантаження. Деревина — біосумісна і нетоксична речовина, тож вчені сподіваються, що їхній підхід до обробки деревини знайде їй більше застосувань.
Одне із застосувань, яке знайшли вчені своєму клену — використання у пожежних рятувальних операціях. Lulu Bai et al. / Advanced Materials, 2023
Раніше ми розповідали, як матеріалознавці загартували липу та створили з неї гостріший ніж, ніж сталевий.