В Китае создан природоподобный самовосстанавливающийся мягкий робот-морская звезда

Китайские материаловеды создали мягкого робота в форме морской звезды, который реагирует на тепло и давление деформацией, движением и изменением цвета.  Отрезанные щупальца можно приварить, а материал полностью переработать.

Группа исследователей под из Юго-Восточного университета Китая создала  мягкий материал,  который способен к естественному камуфляжу подобно осьминогам, медузам и морским звездам.  В качестве основного материала они выбрали жидкокристаллический эластомер, который меняет фазовое состояние в зависимости от температуры.  При нагревании ориентированные молекулы жидких кристаллов эластомера теряют порядок, вызывая усадку материальной части.

Исследователи использовали способность материала к сжатию, чтобы позволить мягкому  роботу  ползать.  Для этого они отлили полимерный материал в форме морской звезды и добавили чувствительный к инфракрасному излучению краситель на нижнюю часть одного из щупалец.  Этот модифицированный участок сокращался при нагревании под действием фототермического эффекта (выделения тепла при поглощении фотонов – квантов света), возникающего в результате облучения в ближней инфракрасной области, и расширялся при охлаждении.  Поскольку  световой стимул  получал только один щупалец, робот-морская звезда медленно двигался по поверхности, толкаемый сжимающимся-расширяющимся щупальцем, как гусеница.

Мягкий робот-морская звезда способен менять свой цвет.  Исследователи интегрировали в материал сшивающий агент – молекулярный краситель, связывающий полимерные цепи.  Однако использованная здесь система динамического ковалентного сшивания легко ломалась.  При нагревании и под давлением его молекулярные части отделились, и ранее желтоватая молекула красителя стала красной.  «Подобно естественному камуфляжному эффекту морской звезды», – говорят авторы.

Робот-морская звезда также продемонстрировал способность к самовосстановлению и даже переработке.  Когда исследователи отрезали щупалец, он беспрепятственно зажил после нагревания.  То же самое произошло, когда весь робот был разрезан на части.  Снова  придав ему  форму  морской звезды, исследователи получили нового  мягкого робота  с неизменными свойствами.

По мнению авторов, ключом к этой способности множественной адаптации была интеграция сшивающей молекулы красителя – тетраарилсукцинонитрила. Молекула могла выполнять несколько функций одновременно.  Она действует как светопоглощающий хромофор и обеспечивает динамическое ковалентное связывание с эластомерной сеткой.  Этот биомиметический мягкий материал с тепловыми и механохромными свойствами (изменение цвета под воздействием тепла и давления) авторы предлагают использовать в биомиметических роботах, сенсорах и для искусственной маскировки.

Работа опубликована в научном журнале Angewandte Chemie .