ربات‌هایی که با رطوبت راه می‌روند

به گزارش گروه علم و فناوری آنا به نقل از ScienceDaily، محققان با کمک نور فلش دوربین توانستند یک ورقه معمولی از اکسید گرافن را به ماده‌ای تبدیل کنند که با قرار گرفتن در معرض رطوبت خم می‌شود. دانشمندان سپس از این ماده برای ساخت رباتی شبیه عنکبوت استفاده کردند که بتواند روی زمین بخزد و در واکنش به تغییرات رطوبتی محیط و بدون نیاز به انرژی خارجی حرکت کند.

به گفته محققان دانشگاه «جیلین» چین، تولید مواد هوشمندی مانند اکسید گرافین که به رطوبت واکنش نشان می‌دهند در ساخت دستگاه‌های خودکار و فناوری رباتیک مورد استفاده قرار می‌گیرند. شیوه بسیار ساده ساخت اکسیدهای گرافین هوشمند نیز بسیار کارآمد است و می‌توان این ورقه هوشمند را در عرض یک ثانیه تولید کرد.

محققان ورقه‌های اکسید گرافین را در معرض نور مختصر فلش دوربین قرار می‌دهند که به آن از زاویه صفر تا 85 درجه قابلیت خم‌شدگی قابل برگشت می‌دهد و در واکنش به تغییر رطوبت بین 33 و 86 درصد خم می‌شود. این روش تکرارپذیر است و ربات‌های ساده‌ای که تولید کرده‌اند ثبات بالایی دارند.

اگرچه سایر مواد نیز در معرض رطوبت تغییر شکل می‌دهند، اما دلیل انتخاب مواد بر پایه گرافین برای این آزمایش‌ها، نازک بودن این مواد و دارا بودن ویژگی‌های منحصر به فردی چون انعطاف‌پذیری بالا، رسانایی، مقاومت مکانیکی و سازگاری با محیط‌زیست بوده است.

این خصوصیات، گرافین را به ماده ایده‌آلی برای استفاده در زمینه‌های مختلف تبدیل کرده است. به عنوان مثال، سازگاری عالی این ماده با محیط‌ زیست امکان استفاده از آن را در سیستم‌های تعبیه‌شده روی تراشه می‌دهد که واکنش مکانیکی و فیزیولوژیکی تمام اندام‌ها را تحریک می‌کند و در کشف دارو و سایر مطالعات پزشکی کاربرد دارد.

برخی محققان نشان داده‌اند که اکسید گرافین با نوعی واکنش شیمیایی موسوم به واکنش اکسایشی نسبت به رطوبت واکنش نشان می‌دهد که طی آن، اکسیژن را از مولکول‌ها خارج می‌کند. در واقع، محققان پیش از این عنوان کرده بودند که هر دو نور خورشید و اشعه UV این اثر را القاء می‌کنند.

محققان با نور فلش دوربین یک محدوده طیفی را پوشش می‌دهند که راه ساده‌ و مؤثری برای ایجاد گرافن واکنش‌دهنده به رطوبت ایجاد کرده‌اند. نور فلش دوربین به خارج شدن اکسیژن از مولکول‌های یک سمت ورقه گرافین کمک می‌کند.

زمانی که رطوبت وجود داشته باشد، سمتی از ورقه گرافین که دچار اکسایش شده، مولکول‌های آب کم‌تری را جذب می‌کند و باعث می‌شود سمت دیگر گرافین باز شود و ورقه به سمت قسمتی از ورقه اکسایش شده، خم می‌شود. اگر رطوبت در معرض هوای خشک قرار گیرد، ورقه دوباره صاف می‌شود.

نگه داشتن نور فلش در فاصله 20 تا 30 سانتی‌متری از ورقه اکسید گرافین برای تغییر لایه فوقانی این ورقه کافی بود. این ورقه هم برای جلوگیری از اکسایش کامل بر اثر قرار گرفتن در معرض نور فلش باید پنج میکرون ضخامت بیشتری داشته باشد.

محققان با کمک این ورقه، رباتی شبیه حشره عنکبوت و چهارپا تولید کرده‌اند. این ربات یک سانتی‌متر طول دارند و با افزایش رطوبت محیط به جلو حرکت می‌کند. قطع و وصل کردن چندین باره رطوبت باعث شده است این ربات عنکبوتی طی 12 ثانیه 3/5 میلی‌متر و بدون استفاده از هیچ انرژی دیگری به جلو بخزد.

محققان هشت نوار پنج میلی‌متری از اکسید گرافین ساخته شده با نور فلش را به شکل ستاره یا پنجه به هم چسباندند. در زمان وجود رطوبت، این پنجه طی 12 ثانیه بسته می‌شود و بعد از 56 ثانیه قرار گرفتن در معرض هوای خشک دوباره بسته می‌شود.

این ربات‌ها ساده و انعطاف‌پذیرند و با رطوبت هوا تغییر می‌کنند. حرکات این ربات می‌تواند پایه‌ای برای حرکت دستگاه‌های خودکار باشد.

مترجم: ندا اظهری