Durante los últimos 30 años, Los investigadores han estudiado materiales actuadores que pueden cambiar reversiblemente su volumen bajo diversos estímulos para desarrollar robots micro y biomiméticos. músculos artificiales y dispositivos médicos.

Un equipo de ingeniería mecánica dirigido por el profesor Alfonso Ngan Hing-wan, Catedrático de Ciencia e Ingeniería de Materiales, y profesor de Kingboard en ingeniería de materiales, Facultad de Ingeniería, la Universidad de Hong Kong (HKU) publicó un artículo en Ciencia Robótica el 30 de mayo de 2018 (EST) que presenta un novedoso material actuador, hidróxido-oxihidróxido de níquel, que puede funcionar con luz visible, electricidad, y otros estímulos. La actuación puede ser disparada instantáneamente por luz visible para producir una deformación rápida y ejercer una fuerza equivalente a 3000 veces su propio peso. El costo del material de un actuador típico es tan bajo como HKD 4 por cm2 y se puede fabricar fácilmente en tres horas.

Los materiales de actuación inducidos por la luz son muy deseables porque permiten el funcionamiento inalámbrico de los robots. Sin embargo, muy pocos materiales impulsados ​​por la luz están disponibles, y sus costes de material y producción son elevados, obstaculizando su desarrollo para aplicaciones reales.

El desarrollo de materiales de actuación se identificó como el número 1 entre los 10 grandes desafíos de Ciencia Robótica . La investigación en materiales de accionamiento puede cambiar radicalmente el concepto de robots que ahora son principalmente accionados por motor. Por lo tanto, materiales que pueden activarse mediante estímulos inalámbricos, incluido un cambio de temperatura, humedad, Los campos magnéticos y la luz es uno de los principales focos de investigación de los últimos años. En particular, un material que puede ser accionado por luz visible y produce fuertes, Nunca se ha logrado una actuación rápida y estable. El novedoso sistema de material de accionamiento, hidróxido-oxihidróxido de níquel, que puede ser activado por luz visible a una intensidad relativamente baja para producir un alto estrés y una velocidad comparable a los músculos esqueléticos de los mamíferos, ha sido desarrollado en esta investigación iniciada por ingenieros en HKU.

Además de sus propiedades de actuación de luz visible, Este novedoso sistema de materiales también puede activarse mediante electricidad para integrarlo en la tecnología robótica existente. También responde a los cambios de calor y humedad, por lo que potencialmente podrían aplicarse en máquinas autónomas que aprovechan estos pequeños cambios de energía en el medio ambiente. Debido a que el componente principal es el níquel, el costo del material es bajo.

La fabricación solo implica electrodeposición, que es un proceso simple, y el tiempo necesario para la fabricación es de unas tres horas. Por lo tanto, el material se puede escalar y fabricar fácilmente en la industria.

El hidróxido-oxihidróxido de níquel recién inventado responde a la luz casi instantáneamente y produce una fuerza que corresponde a aproximadamente 3000 veces su propio peso (Figura 1).

Cuando se integra en una estructura bien diseñada, un "mini brazo" hecho con dos bisagras de materiales accionadores puede levantar fácilmente un objeto 50 veces su peso (Figura 2). Similar, utilizando un bloqueador ligero, los investigadores crearon un mini robot ambulante en el que solo la pierna delantera se dobla y se endereza alternativamente y, por lo tanto, se mueve bajo la iluminación de manera que pueda caminar hacia la fuente de luz (Figura 3). Éstos demuestran que las aplicaciones futuras en micro-robótica, incluidos los robots de rescate, es posible.

Las evidencias anteriores revelaron que este material actuador de hidróxido-oxihidróxido de níquel puede tener diferentes aplicaciones en el futuro, incluidos robots de rescate u otros mini robots. Las propiedades de actuación intrínsecas de los materiales obtenidos de la investigación muestran que al aumentar la escala de la fabricación, Se pueden conseguir músculos artificiales comparables a los de los músculos esqueléticos de los mamíferos.

Desde un punto de vista científico, este material actuador de hidróxido-oxihidróxido de níquel es el primer sistema de material del mundo que puede activarse directamente con luz visible y electricidad sin ningún procedimiento de fabricación adicional. Esto también abre un nuevo campo de investigación sobre el comportamiento de activación inducido por la luz para hidróxido-oxihidróxidos, que nunca se ha informado antes.