Origami bots kunnen kruipen, grijpen en bewegen op commando | Grafeen (graphene)
Origami bots kunnen kruipen, grijpen en bewegen op commando

Origami, de eeuwenoude kunst van het papier vouwen, leverde inspiratie voor het ontwerpen van verschillende zelfvouwende structuren en apparaten voor moderne toepassingen, zoals afstandsbediende robotica, microfluidische chemische analyses en weefselmanipulatie.

Zelfontvouwende constructies zijn sterk oprukkend als grensverleggende wetenschappelijke en technologische innovatie, als gevolg van hun vermogen om geprogrammeerde bewegingen uit te voeren (vouwen / ontvouwen) zonder kinetisch gemanipuleerd te worden door externe krachten.

Een stukje grafeen papier kleiner als de grootte van een vingernagel kan zich gedragen als een origami robot dat zich vouwt en wandelt op commando.

Het werk van Chinese onderzoekers kan de weg plaveien voor zelfvouwende applicaties als minuscule robots en artificiële spieren, of kan zowaar helpen met de opbouw van biologisch weefsel op de allerkleinste schaal.

Demonstraties van de bots bestaan uit grafeen papier dat over een oppervlak kruipt als een rups, een klein zelf-opvouwbare doos, en een klein hand ontworpen met gewrichten dat een object tot 5 keer zwaarder als zichzelf kan grijpen en vasthouden.

“Alle bewegingen van het grafeen papier werden geactiveerd door een laserlicht of warmte die contracties veroorzaakte in bepaalde delen van het grafeen vel”, vertellen leden van het team van de universiteit van Donghua dat de stroken van koolstof animeerde.



De onderzoekers beschreven hun inspanningen in een paper gepubliceerd in de online editie van 6 november 2015 van Science Advances.

Ze geloven dat deze inklapbare materialen potentieel hebben voor uiteenlopende toepassingen zoals sensoren, kunstmatige spieren en robotica.

Andere onderzoekers hebben soortgelijke voorbeelden aangetoond van zelfvouwende inrichtingen gebaseerd op bepaalde typen polymeren. Maar Wang en zijn collega’s kozen bewust om hun origami geïnspireerde apparaten in design te brengen met grafeen, met de reden dat de resulterende objecten sterker en veelzijdiger zouden zijn in vergelijking met de traditionele polymere materialen.

De zelfvouwende handelingen van het papier zijn afhankelijk van verschillen tussen twee types van grafeen.

Het eerste materiaal is een grafeen oxide (RGO) vel dat niet reageert met water en dus waterafstotend is.

Het tweede materiaal, grafeen oxide-polydopamine (GO-PDA), heeft water te vriend en het hydrofiele materiaal kan water adsorberen en desorbeert water afhankelijk van de buitentemperatuur luchtvochtigheid, temperatuur of licht.

Door lagen van de twee materialen met elkaar te verbinden creëerde het Chinese team zelfvouwende apparaten die reageerden op laserlicht of warmte. Ongehinderd blijven de GO-PDA lagen vlak omdat ze gezwollen staan met watermoleculen. Maar wanneer licht of warmte wordt toegepast laten de GO-PDA-lagen de watermoleculen gaan, waardoor deze krimpen en waardoor de lagen van het RGO – dat de rest van het grafeen papier uitmaakt – buigt.

Dit vrijwel eenvoudig mechanisme staat het team toe equivalenten van scharnieren of gewrichten te bouwen om programmeerbare grafeen apparaten te bouwen die voorspelbaar reageren op licht of warmte.

Materialen geboren uit wetenschappelijke experimenten als deze kunnen de weg wijzen richting “slimme kleding” dat van stijl of vorm kan veranderen in reactie op factoren zoals lichaamstemperatuur, veranderingen in het milieu of buitenwereld.

Een andere mogelijkheid is zelfvouwende zonnepanelen en andere apparaten met adaptieve mogelijkheden die wezenlijk reageren op veranderingen in hun omgeving.

In de toekomst plannen de wetenschappers om de bots te schalen tot de grootte van een menselijk haar, en kleiner, waar de applicaties hoogstwaarschijnlijk andere kwaliteiten aannemen en andere prestaties neerzetten.

De huidige studie beschrijft ook een praktische methode voor toekomstige grootschalige bereiding van zelfvouwende apparaten via een soortgelijke aanpak als afdrukken, als in printen.

Bron: spectrum.ieee.org, Sciencemag,
Foto: Universiteit Donghua


3D print schaalmodel structuur grafeen