Forskare vid Waseda University kan ha kommit ett steg närmare innovativa mjuka robotar för att ta hand om människor. Dess material, dock, är något du kanske aldrig förväntat dig.

De har utvecklat robotkristaller som går långsamt, tummask-stil, och rulle 20, 000 gånger snabbare än deras gånghastighet. Dessa rör sig självständigt, organiska kristaller har stor potential som material för mjuka robotar i framtiden, speciellt inom det medicinska området.

"Kristallerna är flexibla, hållbar och lätt, " säger Hideko Koshima, gästprofessor vid Wasedas forskningsorganisation för Nano &Life Innovation. "De skulle möjligen kunna användas som material för mikrorobotar som transporterar ämnen i det mikroskopiska området, till exempel, bära äggceller för infertilitetsbehandling eller genomföra invasiv kirurgi." Deras studie publicerades i Naturkommunikation den 7 februari, 2018.

Kristaller förväntas spela en viktig roll som lokomotiv för mjuka robotar med mekanisk rörelse via böjning och expansion/sammandragning. Dock, mer variation i rörelser eftersträvas.

Tidigare 2016, Koshimas forskargrupp rapporterade att kirala azobensenkristaller böjs vid exponering för ljus. Under denna utredning, kristallerna befanns genomgå fasövergång vid 145°C utan att spricka, även efter upprepad uppvärmning och kylning. Baserat på dessa fynd, de designade robotkristallerna som demonstrerade två rörelsesätt:gång och rullning.

Med hjälp av en infraröd termografikamera och ett digitalt optiskt mikroskop, gruppen observerade att tunna, långa plattliknande kristaller med tjockleksgradient i längdriktningen gick långsamt som en tummask genom upprepad böjning och uträtning under uppvärmnings- och avkylningscykler nära övergångstemperaturen på en värmeplatta, rör sig 1,5 mm på 30 minuter. Å andra sidan, thinner, längre plattliknande kristaller med breddgradient valsade 3,1 mm på 0,2 sekunder, accelereras genom lutande böjning och sedan vändning, under endast en process av uppvärmning och kylning.

"Drivkraften bakom den gående och rullande rörelsen genererades från den osymmetriska formen på kristallerna, " förklarar Koshima.

Även om ytterligare studier krävs för att kontrollera riktningen och hastigheten för robotkristallerna för praktiska tillämpningar, detta fynd öppnar en dörr till ett nytt fält av kristallrobotik, och i större skala, tar oss ett steg närmare att ta itu med frågor som rör befolkningens åldrande.

"För närvarande, robotar är stela och tunga, gör dem olämpliga för daglig interaktion med människor, " påpekar Koshima. "Våra kristaller skulle kunna användas som en ny typ av material för mjuka robotar med förbättrad säkerhet och komfort. När vårt samhälle åldras, vi måste överväga det symbiotiska förhållandet mellan människor och robotar, eftersom robotar kan ta hand om människor, inklusive äldre, inom en snar framtid." Koshima försöker nu producera robotkristaller som genomgår fasövergång vid en mycket lägre temperatur.