Мягких роботов научили плавать под действием набухания

Многие природные организмы – например, губки, растения и грибы – могут обратимо впитывать большие количества воды, одновременно увеличиваясь в объеме. Склонные к такому набуханию ткани, как правило, сочетают пористость и гидрофильность – то есть хорошую смачиваемость и эффективное взаимодействие с водой. Существуют и рукотворные материалы, способные эффективно впитывать воду. Они используются в самых разных областях от кухонных губок до сложных систем для улавливания воды из воздуха.

Китайские химики под руководством Хэна Дэна из Китайского Университета Геонаук в Шэньчжэне впервые использовали набухание как движущую силу для роботов.

За основу ученые взяли пористую структуру торфяного мха. Но вместо гидрофильной целлюлозы, из которой состоит мох, использовали гидрофобный силиконовый каучук. Набухая, такой материал не растекается в полужидкий гидрогель, но остается упругим и хорошо держит форму. Кроме того, молекулам воды сложнее двигаться сквозь гидрофобные стенки, поэтому вода в основном в остается только внутри пор.

Этим и воспользовались Дэн и его коллеги. Делая определенную часть робота – например “ногу” или “щупальце” более пористой, они научились управляемо увеличивать только эту часть. Поэтому можно заставить робота двигаться определенным образом: плыть или даже шагать.

Роботы эффективно двигались без внешнего источника энергии, только под действием набухания. Однако, при необходимости в пористый материал можно встроить магнитные частицы, которые помогут управлять движением точнее. 
Новую технологию можно будет использовать для создания гибкой электроники, а также мягких роботов для медицины. Соответствующая научная статья опубликована в журнале Nature Communications.