Usando un flash de cámara estándar, Los investigadores convirtieron una hoja ordinaria de óxido de grafeno en un material que se dobla cuando se expone a la humedad. Luego usaron este material para hacer un robot de garras y orugas con forma de araña que se mueve en respuesta a los cambios de humedad sin necesidad de energía externa.

"El desarrollo de materiales inteligentes como el óxido de grafeno sensible a la humedad es de gran importancia para la automatización y la robótica, "dijo Yong-Lai Zhang de la Universidad de Jilin, Porcelana, y líder del equipo de investigación. "Nuestro método muy simple para hacer que los óxidos de grafeno típicos sean inteligentes también es extremadamente eficiente. Se puede preparar una hoja en un segundo".

En el diario Materiales ópticos Express , de The Optical Society (OSA), los investigadores informaron que las láminas de óxido de grafeno tratadas con una breve exposición a luz brillante en forma de flash de cámara exhibían una curvatura reversible en ángulos de cero a 85 grados en respuesta al cambio de humedad relativa entre 33 y 86 por ciento. También demostraron que su método es repetible y que los robots simples que crearon tienen buena estabilidad.

Aunque otros materiales pueden cambiar de forma en respuesta a la humedad, los investigadores experimentaron con materiales basados ​​en grafeno porque son increíblemente delgados y tienen propiedades únicas como flexibilidad, conductividad, Resistencia mecánica y biocompatibilidad. Estas propiedades hacen que el grafeno sea ideal para amplias aplicaciones en varios campos. Por ejemplo, La excelente biocompatibilidad del material podría permitir el uso de óxido de grafeno sensible a la humedad en sistemas de órgano en un chip que simulan la respuesta mecánica y fisiológica de órganos enteros y se utilizan para el descubrimiento de fármacos y otras investigaciones biomédicas.

Hacer un material sensible a la humedad

Otros grupos han demostrado que se puede hacer que el óxido de grafeno responda a la humedad a través de una reacción química llamada reducción. que elimina el oxígeno de las moléculas. De hecho, los investigadores demostraron previamente que tanto la luz solar como la luz ultravioleta pueden inducir el efecto. Sin embargo, estos enfoques eran difíciles de controlar con precisión y no eran muy eficientes.

El equipo de investigación experimentó con el uso de un flash de cámara, que normalmente cubre un amplio rango espectral, como una forma simple y efectiva de crear grafeno sensible a la humedad. El flash de una cámara permitió a los investigadores eliminar el oxígeno de, o reducir, solo un lado de una hoja de óxido de grafeno. Cuando hay humedad, el lado reducido del óxido de grafeno absorbe menos moléculas de agua, haciendo que el lado no reducido se expanda y la hoja se doble hacia el lado reducido. Si luego el material se expone al aire seco, se aplana.

Los investigadores encontraron que mantener el flash a unos 20 a 30 centímetros de la hoja de óxido de grafeno era suficiente para modificar selectivamente la capa superior de la hoja sin penetrar hasta el otro lado. La hoja también debe tener un grosor superior a 5 micrones para evitar que la exposición al flash la reduzca por completo.

Robots de grafeno

Para hacer una oruga impulsada por la humedad, los investigadores cortaron el óxido de grafeno tratado con flash en forma de insecto con cuatro patas. La oruga independiente tenía aproximadamente 1 centímetro de ancho y avanzaba cuando aumentaba la humedad. Al apagar y encender la humedad varias veces, la oruga se movió 3,5 milímetros en 12 segundos, sin suministro de energía externo.

Los investigadores también hicieron una forma de garra pegando ocho cintas de 5 por 1 milímetro de óxido de grafeno tratado con flash en forma de estrella. Cuando había humedad, la garra se cerró en 12 segundos. Regresó a una posición abierta después de 56 segundos de exposición al aire seco.

"Estos robots son simples y se pueden manipular de manera flexible cambiando la humedad ambiental, ", dijo Zhang." Estos diseños son muy importantes porque mover y capturar / liberar son funciones básicas de los sistemas automatizados ".

Zhang agregó que la integración de grafeno sensible a la humedad en un sistema de microcanales conectado al controlador de humedad podría permitir un control aún más preciso y otros tipos de robots o máquinas simples. Los investigadores ahora están trabajando en formas de mejorar el control de la flexión del material y están experimentando formas de obtener un rendimiento más complejo de robots hechos de óxido de grafeno sensible a la humedad.