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Robot morbidi, dispositivi medici e dispositivi indossabili hanno permeato la nostra vita quotidiana. I ricercatori di KAIST hanno sviluppato un interruttore fluido utilizzando muscoli artificiali polimerici ionici che funzionano a una potenza estremamente bassa e producono una forza 34 volte maggiore del suo peso. Gli interruttori del fluido controllano il flusso del fluido, facendolo fluire in una direzione specifica per invocare vari movimenti.
KAIST (Presidente Kwang-Hyung Lee) ha annunciato il 4 gennaio che un gruppo di ricerca guidato dal Professor IlKwon Oh del Dipartimento di Ingegneria Meccanica ha sviluppato un interruttore fluidico morbido che funziona a bassissima tensione e può essere utilizzato in spazi ristretti.
I muscoli artificiali imitano i muscoli umani e forniscono movimenti flessibili e naturali rispetto ai motori tradizionali, rendendoli uno degli elementi base utilizzati nei robot morbidi, nei dispositivi medici e nei dispositivi indossabili. Questi muscoli artificiali creano movimenti in risposta a stimoli esterni come elettricità, pressione dell’aria e cambiamenti di temperatura e, per utilizzare i muscoli artificiali, è importante controllare questi movimenti con precisione.
Gli interruttori basati su motori esistenti erano difficili da utilizzare in spazi limitati a causa della loro rigidità e delle grandi dimensioni. Per affrontare questi problemi, il gruppo di ricerca ha sviluppato un attuatore morbido elettroionico in grado di controllare il flusso del fluido producendo allo stesso tempo grandi quantità di forza, anche in un tubo stretto, e lo ha utilizzato come interruttore fluidico morbido.
Il muscolo artificiale in polimero ionico sviluppato dal gruppo di ricerca è composto da elettrodi metallici e polimeri ionici e genera forza e movimento in risposta all’elettricità. Una struttura organica covalente polisolfonata (pS-COF) realizzata combinando molecole organiche sulla superficie dell’elettrodo del muscolo artificiale è stata utilizzata per generare una quantità impressionante di forza relativa al suo peso con una potenza estremamente bassa (~ 0,01 V).
Di conseguenza, il muscolo artificiale, che è stato realizzato per essere sottile come un capello con uno spessore di 180 µm, ha prodotto una forza più di 34 volte maggiore del suo peso leggero di 10 mg per avviare un movimento fluido. In questo modo, il gruppo di ricerca è stato in grado di controllare con precisione la direzione del flusso del fluido a bassa potenza.
Il professor IlKwon Oh, che ha guidato questa ricerca, ha affermato: “L’interruttore fluidico morbido elettrochimico che funziona a bassissima potenza può aprire molte possibilità nei campi dei robot morbidi, dell’elettronica morbida e della microfluidica basata sul controllo dei fluidi”. Ha aggiunto: “Dalle fibre intelligenti ai dispositivi biomedici, questa tecnologia ha il potenziale per essere immediatamente utilizzata in una varietà di contesti industriali in quanto può essere facilmente applicata a sistemi elettronici ultra-piccoli nella nostra vita quotidiana”.
I risultati di questo studio, al quale il Dr. Manmatha Mahato, professore di ricerca presso il Dipartimento di Ingegneria Meccanica del KAIST, ha partecipato come primo autore, sono stati pubblicati sulla rivista accademica internazionale Progressi della scienza il 13 dicembre 2023. (Titolo del documento: Polysulfonated Covalent Organic Framework as Active Electrode Host for Mobile Cation Guest in Electrochemical Soft Actuator)
Questa ricerca è stata condotta con il sostegno del Leader Scientist Support Project (Creative Research Group) della Fondazione nazionale di ricerca coreana e del Future Convergence Pioneer Project.
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