13 Okt 2023 (Spotlight Nanowerk) Robotika lunak dan perangkat biomedis merupakan bidang pionir yang bertujuan untuk menciptakan mesin dan peralatan yang meniru sifat jaringan manusia yang lembut dan fleksibel. Hal ini penting karena memungkinkan perangkat ini berinteraksi secara aman dengan manusia dan melakukan tugas-tugas yang mungkin sulit dilakukan oleh robot keras. Bayangkan sebuah robot yang dapat dengan lembut menggenggam benda-benda halus, atau perangkat medis yang terintegrasi secara mulus dengan jaringan manusia.
Hidrogel berada di garis depan dalam mewujudkan hal ini karena kemampuan unik mereka untuk berubah bentuk sebagai respons terhadap berbagai rangsangan. Bahan-bahan ini adalah jaringan polimer yang membengkak karena air yang dapat mengubah volume secara reversibel sebagai respons terhadap rangsangan seperti suhu. Hal ini membuat mereka menjanjikan sebagai aktuator lunak – perangkat sangat elastis yang dapat berubah bentuk dan memberikan kekuatan, memungkinkan gerakan seperti aslinya yang penting untuk perangkat biomedis dan interaksi manusia-robot yang aman.
Namun, ada kendala dalam mengoptimalkan kinerjanya untuk aplikasi dunia nyata. Kebanyakan hidrogel bersifat poroelastik, artinya jaringan polimernya tahan terhadap deformasi yang cepat dan membatasi aliran air internal. Hal ini menyebabkan respons aktuasi yang lambat dalam hitungan menit hingga jam.
Hidrogel poli(N-isopropylacrylamide) (PNIPAM) juga membentuk lapisan kulit luar yang padat ketika dipanaskan di atas suhu larutan kritis yang lebih rendah, yang selanjutnya secara dramatis memperlambat difusi air keluar dari gel curah. Jika digabungkan, efek-efek ini sangat membatasi kecepatan yang dapat dicapai, pembangkitan gaya, dan daya tahan aktuator hidrogel.
Kini, para peneliti di Universitas Kiel dan kolaborator melaporkannya advanced Material (“Overcoming Water Diffusion Limitations in Hydrogels via Microtubular Graphene Networks for Soft Actuators”) solusi rekayasa mikro dan nano yang terinspirasi secara hayati untuk meningkatkan kinerja aktuator hidrogel.
Dengan menggabungkan jaringan mikrotube graphene berongga yang saling terhubung ke dalam hidrogel PNIPAM, tim mencapai aktuasi hingga 400% lebih cepat dan tekanan aktuasi 4000% lebih tinggi dibandingkan dengan PNIPAM murni, tanpa mengorbankan stabilitas mekanis. Tabung mikro menyediakan jalur cepat untuk transportasi air, mengatasi kendala poroelastik. Graphene juga tampaknya mencegah penutupan pori sepenuhnya selama proses deswelling, sehingga memungkinkan proses reswelling lebih cepat. Dengan porositas hanya 5.4%, kekuatan tetap dipertahankan.
Hidrogel poli (N-isopropylacrylamide) –exfoliated graphene (PNIPAM – EG) yang direkayasa secara mikro dan nano. a) Kombinasi jaringan mikrotube graphene berongga yang saling berhubungan dan matriks hidrogel PNIPAM. b) Skema fabrikasi hidrogel PNIPAM–EG. c) Rendering 3D jaringan mikrotube diperoleh dari tomografi mikro terstruktur PNIPAM. Komponen yang terhubung ditampilkan dalam warna yang sama. Bilah skala: 200 µm. d) Kandungan graphene dalam hidrogel PNIPAM–EG dapat disesuaikan dan dapat diterapkan pada wilayah tertentu sebagai suatu pola. (Dicetak ulang dengan izin dari Wiley-VCH Verlag)
Tim membuat tabung mikro dengan melapisi templat seng oksida cetak 3D dengan graphene menggunakan proses kimia basah. Penghapusan templat selanjutnya dan pengisian PNIPAM menghasilkan aktuator hidrogel berskala sentimeter yang diliputi oleh tabung mikro. Selain meningkatkan transportasi air secara geometris, antarmuka graphene juga dapat melubangi lapisan kulit PNIPAM untuk memudahkan pergerakan air.
Graphene bersifat konduktif listrik dan dapat dipanaskan dengan cahaya. Hal ini memungkinkan peneliti mengontrol aktuasi secara tepat, baik menggunakan cahaya atau listrik. Memvariasikan konten graphene memberikan kontrol yang baik atas waktu respons. Aplikasi yang didemonstrasikan termasuk gripper bilayer yang dipicu oleh pencahayaan untuk menggenggam dan melepaskan objek. Pemanasan joule dengan cepat menyebabkan perubahan volume homogen, memungkinkan penggerak hidrogel berlistrik berulang-ulang.
Singkatnya, mikrotube graphene membuat hidrogel lebih kuat dan memungkinkan air mengalir melaluinya dengan lebih mudah. Pendekatan rekayasa mikro modular kemungkinan dapat diperluas ke bahan nano lain dan sistem polimer responsif. Peningkatan kinerja yang ditunjukkan mengatasi keterbatasan utama yang membatasi aplikasi aktuator hidrogel di dunia nyata. Dengan memudahkan kendali tanpa ikatan dan meningkatkan kekuatan, kecepatan, dan daya tahan, kemajuan ini membuka peluang dalam perangkat biomedis, robotika lunak, sensor, dan lainnya.
By
Michael
Berger
By
Michael
Berger
– Michael adalah penulis tiga buku oleh Royal Society of Chemistry:
Masyarakat Nano: Mendorong Batas Teknologi,
Nanoteknologi: Masa Depan Mungil, dan
Nanoengineering: Keterampilan dan Peralatan Membuat Teknologi Tak Terlihat
Hak Cipta ©
Nanowerk LLC
Menjadi penulis tamu Spotlight! Bergabunglah dengan grup kami yang besar dan terus berkembang kontributor tamu. Apakah Anda baru saja menerbitkan makalah ilmiah atau memiliki perkembangan menarik lainnya untuk dibagikan dengan komunitas nanoteknologi? Berikut adalah cara mempublikasikan di nanowerk.com.
- Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
- PlatoData.Jaringan Vertikal Generatif Ai. Berdayakan Diri Anda. Akses Di Sini.
- PlatoAiStream. Intelijen Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
- PlatoESG. Karbon, teknologi bersih, energi, Lingkungan Hidup, Tenaga surya, Penanganan limbah. Akses Di Sini.
- PlatoHealth. Kecerdasan Uji Coba Biotek dan Klinis. Akses Di Sini.
- Sumber: https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=63839.php
- :adalah
- $NAIK
- 10
- 13
- 200
- 31
- 32
- 3d
- Rendering 3D
- 7
- 8
- a
- kemampuan
- atas
- dicapai
- alamat
- disesuaikan
- memajukan
- tujuan
- diizinkan
- memungkinkan
- juga
- an
- dan
- muncul
- aplikasi
- terapan
- pendekatan
- ADALAH
- AS
- At
- penulis
- b
- bar
- BE
- karena
- menjadi
- Berger
- selain
- Luar
- biomedis
- Perangkat biomedis
- kosong
- Buku-buku
- batas-batas
- by
- CAN
- penyebab
- pusat
- menantang
- perubahan
- kimia
- kimia
- penutupan
- warna
- kombinasi
- bergabung
- masyarakat
- dibandingkan
- lengkap
- komponen
- terhubung
- kendala
- Konten
- kontrol
- bisa
- membuat
- kritis
- sangat penting
- Tanggal
- menunjukkan
- padat
- Perkembangan
- alat
- Devices
- Difusi
- ditampilkan
- secara dramatis
- dua
- daya tahan
- selama
- mudah
- mudah
- mengurangi
- efek
- antara
- listrik
- memungkinkan
- mempertinggi
- meningkatkan
- menarik
- lebih cepat
- Fields
- pengisian
- Menemukan
- akhir
- fleksibel
- aliran
- Untuk
- kekuatan
- garis terdepan
- bentuk
- dari
- lebih lanjut
- masa depan
- generasi
- gif
- Graphene
- memahami
- Kelompok
- Pertumbuhan
- Tamu
- Sulit
- Memiliki
- lebih tinggi
- sangat
- JAM
- Seterpercayaapakah Olymp Trade? Kesimpulan
- How To
- Namun
- HTTPS
- manusia
- Manusia
- Lari gawang
- gambar
- membayangkan
- penting
- perbaikan
- in
- termasuk
- menggabungkan
- Terintegrasi
- berinteraksi
- interaksi
- saling berhubungan
- Antarmuka
- intern
- ke
- IT
- ikut
- jpg
- hanya
- kunci
- besar
- lapisan
- Lets
- cahaya
- 'like'
- Mungkin
- MEMBATASI
- keterbatasan
- logo
- menurunkan
- mesin-mesin
- terbuat
- MEMBUAT
- Membuat
- bahan
- Mungkin..
- makna
- mekanis
- medis
- alat medis
- Michael
- Tengah
- mungkin
- menit
- modular
- lebih
- paling
- gerakan
- pindah
- gerakan
- nama
- Nanomaterials
- нанотехнологии
- Alam
- jaringan
- jaringan
- sekarang
- objek
- diperoleh
- of
- on
- hanya
- Peluang
- mengoptimalkan
- or
- urutan
- Lainnya
- kami
- di luar
- lebih
- mengatasi
- kertas
- jalur
- pola
- melakukan
- prestasi
- izin
- meresapi
- PHP
- Kepeloporan
- plato
- Kecerdasan Data Plato
- Data Plato
- polimer
- mungkin
- tepat
- mencegah
- proses
- menjanjikan
- memberikan
- disediakan
- menerbitkan
- diterbitkan
- penerbit
- Mendorong
- cepat
- cepat
- dunia nyata
- daerah
- melepaskan
- pemindahan
- render
- berulang-ulang
- melaporkan
- peneliti
- tanggapan
- tanggapan
- responsif
- membatasi
- terbatas
- dipertahankan
- robot
- robotika
- robot
- kerajaan
- berkorban
- aman
- aman
- sama
- Skala
- skema
- ilmiah
- mulus
- sensor
- sangat parah
- Bentuknya
- Share
- keterampilan
- Kulit
- lambat
- melambat
- Masyarakat
- Lunak
- larutan
- tertentu
- kecepatan
- lampu sorot
- Stabilitas
- kekuatan
- tekanan
- lebih kuat
- selanjutnya
- RINGKASAN
- sistem
- tugas
- tim
- Teknologi
- Template
- template
- bahwa
- Grafik
- Masa depan
- mereka
- Mereka
- Sana.
- Ini
- ini
- tiga
- Melalui
- kali
- jaringan
- untuk
- tomografi
- alat
- mengangkut
- dipicu
- unik
- universitas
- membuka kunci
- Pembaruan
- URL
- menggunakan
- berbagai
- bervariasi
- melalui
- volume
- air
- ketika
- yang
- dengan
- tanpa
- menghasilkan
- kamu
- Anda
- zephyrnet.dll