Elektrody kluczem do sukcesu sztucznych mięśni

Elektrody kluczem do sukcesu sztucznych mięśni

Naukowcy odkryli metodę tworzenia bardziej wytrzymałych sztucznych mięśni, wykorzystując nowoopracowaną elektrodę grafenową.

Kompozyty polimerowo-metalowe (IPMC), stosowane jako materiał budulcowy sztucznych mięśni, zmieniają swoją wielkość lub kształt pod wpływem pola elektrostatycznego, będąc nieocenionym rozwiązaniem w dziedzinie robotyki i protetyki. Ich rozwojowi przysłużyli się badacze z Koreańskiego Instytutu Nauki i Zaawansowanych Technologii KAIST.

Aktutaory IPMC utworzone są z błony cząsteczkowej, rozpiętej pomiędzy dwiema metalowymi elektrodami. Gdy do siłownika zostanie przyłożone pole elektryczne, następuje wewnętrzna redystrybucja jonów, pozwalająca konstrukcji się zgiąć. Tak zbudowane sztuczne mięśnie charakteryzują się minimalnym zużyciem energii i są w stanie naśladować wiele układów kinematycznych obserwowanych w przyrodzie.

Pomimo oczywistych korzyści wynikających z wykorzystania tych urządzeń, posiadają one szereg trudnych do wyeliminowania wad. Jedną z nich jest fakt, że elektrody wykorzystywane w ich strukturze po długiej ekspozycji na powietrze, wodę oraz będąc pod wpływem naprężeń mechanicznych zaczynają pękać. Prowadzi to do wycieku jonów i późniejszej utraty wydajności. Nie dziwi więc nikogo, że naukowcy w pocie czoła pracują nad ekonomicznie uzasadnioną poprawą właściwości tychże elektrod.

Sztandarowym przykładem takich prac są badania naukowców z KAIST, którzy opracowali cienkie elektrody w oparciu o kompozyt polimerowo-grafenowy, który posiada korzystne właściwości elektryczne i cieplne. Tak utworzone elektrody są hydrofobowe i zyskują na odporności mechanicznej. Szorstka wewnętrzna strona membrany pozwala jonom na swobodną migrację, chroniąc przy tym strukturę przed występowaniem pęknięć.

Naukowcy zamierzają kontynuować prace na siłownikami wyposażonymi w kompozytowe elektrody jeszcze w tym roku. Mają nadzieję, że z ich pomocą uda im się opracować bionicznego robota, który jest w stanie chodzić i skakać po wodzie. Wyniki ich badań zostały opublikowane w ostatnim wydaniu czasopisma ACS Nano.

(rr)