Αυτοπροωθούμενα υλικά, που κινούνται χωρίς κινητήρες. Discovering ’self-propelled’ materials that don’t require motors

Ερευνητές στο University of Massachusetts Amherst ανακάλυψαν έναν τρόπο δημιουργίας υλικών που «κλείνουν» απότομα και επανέρχονται στην κανονική τους κατάσταση, βασιζόμενα μόνο στη ροή της ενέργειας από το περιβάλλον τους- μια ανακάλυψη που θα μπορούσε να φανεί εξαιρετικά χρήσιμη σε πολλές βιομηχανίες που θα έβρισκαν χρήσιμη τη βιώσιμη/ «αέναη» κίνηση, από τη ρομποτική μέχρι τα παιχνίδια. Scientists will learn how to make materials that snap and reload, relying only on the flow of energy from the environment. This study could enable future robots that are capable of moving their own energy. Credit: Yongjing Kim, Umas Amherst

O Αλ Κρόσμπι, καθηγητής επιστήμης πολυμερών και μηχανολογίας, και ο Γιονγκτσίν Κιμ, τελειόφοιτος της ομάδας του Κρόσμπι, μαζί με τον Τζέι βαν ντεν Μπεργκ του Delft University of Technology στην Ολλανδία, έκαναν την ανακάλυψη κατά τη διάρκεια ενός κατά τα άλλα απλού πειράματος που περιελάμβανε την παρατήρηση του στεγνώματος μιας λωρίδας τζελ. Οι ερευνητές παρατήρησαν πως όταν η μακριά, ελαστική λωρίδα έχανε το εσωτερικό της υγρό εξαιτίας εξάτμισης, έκανε κίνηση. Οι περισσότερες κινήσεις ήταν αργές, μα κάθε τόσο επιταχύνονταν. Οι ταχύτερες αυτές κινήσεις ήταν απότομες/ ασταθείς επαναφορές που συνέχιζαν να λαμβάνουν χώρα όσο προχωρούσε η εξάτμιση του υγρού. Επιπλέον μελέτες αποκάλυψαν πως το σχήμα του υλικού είχε σημασία, και ότι οι λωρίδες μπορούσαν να επιστρέφουν στο σχήμα τους για να συνεχίζουν τις κινήσεις τους.

Researchers will learn how to make materials move independently by allowing materials to move without engines and hands. An image of a material that continues its movement at high speed. Credit: Yongjing Kim, Umas Amherst

«Πολλά φυτά και ζώα, ειδικά μικρά, χρησιμοποιούν ειδικά τμήματα που λειτουργούν σαν ελατήρια και σύρτες, για να τα βοηθούν να κινούνται πολύ γρήγορα, πολύ γρηγορότερα από ό,τι ζώα μόνο με μύες» είπε ο Κρόσμπι. «Τα “snap instabilities” είναι ένας τρόπος με τον οποίο η φύση συνδυάζει ένα ελατήριο και έναν σύρτη και χρησιμοποιούνται όλο και περισσότερο για να δημιουργούν ταχείες κινήσεις σε μικρά ρομπότ και άλλες συσκευές...ωστόσο οι περισσότερες από αυτές τις συσκευές χρειάζονται μοτέρ ή ανθρώπινο χέρι για να συνεχίζουν να κινούνται. Με αυτή την ανακάλυψη, θα μπορούσαν να υπάρχουν πολλές εφαρμογές που δεν απαιτούν μπαταρίες ή μοτέρ για την κίνηση».

Scientists are discovering how future robots can only move with their own energy. Credit: Yongim Kim, Umas Amherst

Όπως σημείωσε ο Κιμ, αφού διαπιστώθηκε ποια ήταν η φυσική δραστηριότητα που λάμβανε χώρα στις λωρίδες που ξεραίνονταν, η ομάδα πειραματίστηκε με διαφορετικά σχήματα για να βρει αυτά που ήταν πιθανότερο να αντιδράσουν με αναμενόμενους τρόπους, και που θα κινούνταν επανειλημμένα χωρίς μοτέρ ή χέρια να τα επαναφέρουν στην προηγούμενη κατάσταση. Η ομάδα έδειξε ακόμα πως ήταν δυνατή η διεξαγωγή συγκεκριμένων εργασιών, όπως το σκαρφάλωμα σε σκάλες.

«Αυτά τα μαθήματα επιδεικνύουν πώς τα υλικά μπορούν να παράγουν ισχυρή κίνηση αξιοποιώντας αλληλεπιδράσεις με το περιβάλλον τους, όπως μέσω της εξάτμισης, και είναι σημαντικά για τον σχεδιασμό νέων ρομπότ, ειδικά σε μικρά μεγέθη, όπου είναι δύσκολο να έχεις μοτέρ, μπαταρίες ή άλλες πηγές ενέργειας» είπε ο Κρόσμπι.

Πηγές: Kim Y., van den Berg, J. And Crosby, AJ Standalone Polymer Gels. Nat. Mater. (2021). DOI: 10.1038/s41563-020-00909-w - https://www.world-today-news.com/discoveringself-propelled-materials-that-dont-require-motors-sciencetimes/ - https://www.naftemporiki.gr/story/1687961/autoproothoumena-ulika-pou-kinountai-xoris-kinitires