Электрически заряженный гидрогель применяют в мягкой робототехнике и биомедицине

Мягкая робототехника — быстро развивающаяся область, которая «черпает вдохновение» у таких морских существ, как кальмары и морские звезды. Недавно был разработан управляемый светом гидрогель, который можно использовать для контроля новых робототехнических устройств. И теперь исследователи Государственного Университета Северной Каролины занимаются совершенствованием мягких робототехнических устройств на новом уровне — с электрически заряженными гидрогелями.

Техника «Ionoprinting» (ионопечати), как его назвала команда ученых, использует медный электрод для ввода положительно заряженных ионов меди в гидрогель (полимерный материал с высокой впитывающей способностью, содержащий почти 99,9 процента воды). Ионы меди связываются с отрицательно заряженными ионами N-полимерной сетки гидрогеля, создавая более надежную и механически жесткую структуру.

Применение электрического тока вызывает сгибание гидрогеля. Хотя электрические поля ранее использовались для приведения в действие гидрогелевых материалов, но это первый случай, когда электромеханические активные электроды использовались для управления движением. Кроме того, впервые таким образом было использовано связывание ионов для создания более жесткой гидрогелевой сети.

«В настоящее время мы планируем использовать этот метод для разработки подвижных, биологически совместимых микроустройств», — говорит доктор Орлин Велев, INVISTA профессор кафедры химической и биомолекулярной инженерии (штат Северная Каролина).
Это — техническая возможность не только для мягкой робототехники, но и многих других биомедицинских применений. Искусственные мышцы, ENVIRO-интеллектуальные датчики, приводы, биомиметические микроботы – вот лишь некоторые, по мнению исследователей, возможные применения для этой технологии, но и к тому же это будет отличный подарок директору для его офиса.

Помимо того, что возможно сложить (согнуть) значительные отрезки гидрогелей в течение нескольких секунд, технология позволяет применять «умеренные» значения напряжения к локально регулируемым механическим свойствам гидрогелей для создания физически крепких экзоскелетов. Ионы меди могут вводиться в конкретные разделы гидрогельного материала для более точного его перемещения, при этом структура ионов стабилизируется в воде в течение месяца. Чем больше вводится ионов, тем больше возможностей для изгиба гидрогеля.

Результаты исследования команды ученых опубликованы в журнале «Nature Communications»