Forskare i Sydkorea har utvecklat en elektrod som består av ett enatomtjockt lager av kol för att hjälpa till att göra mer hållbara konstgjorda muskler.

Joniska polymermetallkompositer (IPMCs), kallas ofta konstgjorda muskler, är elektroaktiva polymerställdon som ändrar storlek eller form när de stimuleras av ett elektriskt fält. IPMC:er har undersökts omfattande för deras potentiella användning i robotik inspirerad av naturen, såsom undervattensfarkoster som drivs av fiskliknande fenor, och i rehabiliteringsanordningar för personer med funktionsnedsättning.

En IPMC "motor", eller ställdon, bildas av ett molekylärt membran sträckt mellan två metallelektroder. När ett elektriskt fält appliceras på ställdonet, den resulterande migrationen och omfördelningen av joner i membranet får strukturen att böjas. IPMC ställdon är kända för sin låga strömförbrukning, samt deras förmåga att böja sig under låg spänning och att efterlikna rörelser som förekommer naturligt i miljön.

De har en stor nackdel, dock. Sprickor kan bildas på metallelektroderna efter en tids exponering för luft och elektriska strömmar. Detta kan leda till läckage av joner genom elektroderna, vilket resulterar i minskad prestanda.

Att förbättra hållbarheten hos IPMC-ställdon är en stor utmaning inom området konstgjorda muskler. Forskare undersöker sätt att utveckla en flexibel, kostnadseffektiv, mycket ledande och sprickfri elektrod som kan användas för att konstruera ett hållbart polymerställdon.

I en tidning publicerad i ACS Nano , forskare från Korea Advanced Institute of Science and Technology rapporterar utvecklingen av en tunnfilmselektrod baserad på en ny jonisk polymer-grafenkomposit (IPGC). Grafen är ett enatomtjockt lager av kol med exceptionell mekanisk, elektriska och termiska egenskaper. De nya elektroderna har en slät yttre yta som stöter bort vatten och inte har uppenbara sprickor, vilket gör dem nästan ogenomträngliga för vätskor. De har också en grov inre yta, vilket underlättar migreringen av joner inuti membranet för att stimulera böjning.

Det nya IPGC-ställdonet visar exceptionell hållbarhet utan uppenbar försämring, även under mycket hög inspänning. Det visar lovande för användning i biomedicinska apparater, "biomimetiska" robotar som efterliknar rörelser som förekommer i naturen, och flexibel mjuk elektronik.

Forskarna erkänner att det fortfarande finns många utmaningar och mer forskning behövs för att realisera den fulla potentialen hos de grafenbaserade elektroderna och deras efterföljande kommersialisering. 2015, de planerar att ytterligare förbättra ställdonens böjningsprestanda, deras förmåga att lagra energi och deras kraft.

De planerar också att utveckla en biomimetisk robot som kan gå och hoppa på vatten som en vattenstrider. De kommer att göra detta genom att konstruera flytbara IPGC-ställdon med en pålitlig böjningsprestanda som kan fortsätta under en period av sex timmar utan någon uppenbar förändring i hållbarhet.