Schematiskt diagram över jonkanalbildning inuti polymerelektrolyten. Kredit:POSTECH
I den amerikanska actionfilmen "Pacific Rim" kämpar gigantiska robotar kallade "Jaegers" mot okända monster för att rädda mänskligheten. Dessa robotar är utrustade med konstgjorda muskler som efterliknar verkliga levande kroppar och besegra monster med kraft och snabbhet. Forskning bedrivs för att utrusta riktiga robotar med konstgjorda muskler som de som visas i filmen. Den kraftfulla styrkan och höga hastigheten i konstgjorda muskler kan dock inte aktualiseras, eftersom den mekaniska styrkan (kraften) och konduktiviteten (hastigheten) hos polymerelektrolyt - nyckelmaterialen som driver ställdonet - har motstridiga egenskaper.
Ett POSTECH-forskarteam ledd av professor Moon Jeong Park, professor Chang Yun Son och forskningsprofessor Rui-Yang Wang från Institutionen för kemi har utvecklat ett nytt koncept av polymerelektrolyt med olika funktionella grupper belägna på ett avstånd av 2Å. Denna polymerelektrolyt är kapabel till både joniska och vätebindande interaktioner, vilket öppnar möjligheten att lösa dessa motsägelser. Resultaten från denna studie har nyligen publicerats i Advanced Materials .
Konstgjorda muskler används för att få robotar att röra sina lemmar naturligt som människor kan. För att driva dessa konstgjorda muskler krävs ett ställdon som uppvisar mekanisk transformation under lågspänningsförhållanden. På grund av typen av polymerelektrolyt som används i ställdonet kunde styrka och hastighet inte uppnås samtidigt eftersom ökad muskelstyrka saktar ner växlingshastigheten och ökad hastighet minskar styrkan.
För att övervinna de begränsningar som presenterats hittills introducerade forskningen det innovativa konceptet med bifunktionell polymer. Genom att bilda en endimensionell jonkanal som är flera nanometer bred inuti polymermatrisen, som är hård som glas, uppnåddes en superjonisk polymerelektrolyt med både hög jonledningsförmåga och mekanisk styrka.
Den kemiska strukturen hos en bifunktionell polymerenhet. Kredit:POSTECH
Olika aktiveringsrörelser av lågspänningsställdon. Kredit:POSTECH
Resultaten från denna studie har potential att skapa innovationer inom mjuk robotik och bärbar teknologi eftersom de kan tillämpas på utveckling av en aldrig tidigare skådad konstgjord muskel som kopplar ihop ett bärbart batteri (1,5 V), producerar snabb omkoppling på flera millisekunder (tusendelar av en sekund) ), och stor styrka. Dessutom förväntas dessa resultat tillämpas i nästa generations helfasta elektrokemiska enheter och mycket stabila litiummetallbatterier. + Utforska vidare
