13 tháng 2023, XNUMX (Tiêu điểm Nanowerk) Robot mềm và thiết bị y sinh là những lĩnh vực tiên phong nhằm tạo ra máy móc và công cụ mô phỏng bản chất mềm mại, linh hoạt của các mô con người. Điều này rất quan trọng vì nó cho phép các thiết bị này tương tác an toàn với con người và thực hiện các nhiệm vụ mà robot cứng có thể gặp khó khăn. Hãy tưởng tượng một robot có thể nhẹ nhàng nắm bắt các vật thể mỏng manh hoặc một thiết bị y tế tích hợp liền mạch với các mô của con người.
Hydrogel đang đi đầu trong việc biến điều này thành hiện thực nhờ khả năng thay đổi hình dạng độc đáo của chúng để đáp ứng với các kích thích khác nhau. Những vật liệu này là mạng polyme trương nở trong nước, có thể thay đổi thể tích theo hướng thuận nghịch để đáp ứng với các kích thích như nhiệt độ. Điều này khiến chúng hứa hẹn trở thành bộ truyền động mềm – thiết bị có độ đàn hồi cao, có khả năng biến dạng và tác dụng lực, cho phép chuyển động giống như thật, đóng vai trò quan trọng đối với các thiết bị y sinh và tương tác an toàn giữa người và robot. Tuy nhiên, đã có những trở ngại trong việc tối ưu hóa hiệu suất của chúng cho các ứng dụng trong thế giới thực. Hầu hết hydrogel đều có tính đàn hồi xốp, nghĩa là mạng lưới polymer của chúng chống lại sự biến dạng nhanh chóng và hạn chế dòng nước bên trong. Điều này gây ra phản ứng kích hoạt chậm theo thứ tự từ vài phút đến vài giờ. Hydrogel poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAM) cũng tạo thành các lớp da dày đặc bên ngoài khi được làm nóng trên nhiệt độ dung dịch tới hạn thấp hơn, điều này càng làm chậm đáng kể sự khuếch tán nước ra khỏi gel số lượng lớn. Kết hợp lại, những tác động này hạn chế nghiêm trọng tốc độ, khả năng tạo lực và độ bền có thể đạt được của bộ truyền động hydrogel. Bây giờ, các nhà nghiên cứu tại Đại học Kiel và cộng tác viên báo cáo trong Vật liệu tiên tiến (“Khắc phục hạn chế khuếch tán nước trong Hydrogel thông qua mạng lưới graphene vi ống cho bộ truyền động mềm”) một giải pháp kỹ thuật nano và vi mô lấy cảm hứng từ sinh học để nâng cao hiệu suất của bộ truyền động hydrogel. Bằng cách kết hợp mạng lưới các ống graphene rỗng siêu nhỏ được liên kết với nhau vào hydrogel PNIPAM, nhóm nghiên cứu đã đạt được khả năng truyền động nhanh hơn tới 400% và ứng suất kích hoạt cao hơn 4000% so với PNIPAM thuần túy mà không làm mất đi độ ổn định cơ học. Các ống siêu nhỏ cung cấp các con đường vận chuyển nước nhanh chóng, khắc phục các hạn chế về xốp đàn hồi. Graphene cũng có tác dụng ngăn chặn sự đóng kín hoàn toàn của lỗ chân lông trong quá trình giảm sưng tấy, cho phép quá trình trương nở trở lại nhanh hơn. Với độ xốp chỉ 5.4%, độ bền được giữ lại.
Hydrogel graphene được tẩy tế bào chết bằng graphene (PNIPAM–EG) được xử lý nhiệt bằng công nghệ micro và nano. a) Sự kết hợp giữa mạng lưới graphenemicrotube rỗng được liên kết với nhau và ma trận hydrogel PNIPAM. b) Sơ đồ chế tạo hydrogel PNIPAM–EG. c) Kết xuất 3D của mạng microtube thu được từ chụp cắt lớp vi tính có cấu trúc PNIPAM. Các thành phần được kết nối được hiển thị cùng màu. Thanh tỷ lệ: 200 µm. d) Hàm lượng graphene trong hydrogel PNIPAM–EG có thể điều chỉnh được và có thể áp dụng cho các vùng cụ thể dưới dạng mẫu. (In lại với sự cho phép của Wiley-VCH Verlag) Nhóm nghiên cứu đã chế tạo các ống siêu nhỏ bằng cách phủ graphene các mẫu oxit kẽm in 3D bằng quy trình hóa học ướt. Việc loại bỏ mẫu sau đó và làm đầy PNIPAM mang lại các thiết bị truyền động hydrogel có kích thước centimet được các ống siêu nhỏ tràn ngập. Bên cạnh việc tăng cường khả năng vận chuyển nước về mặt hình học, bề mặt tiếp xúc graphene còn có thể đục lỗ các lớp da PNIPAM để nước di chuyển dễ dàng hơn.
Graphene dẫn điện và có thể đốt nóng bằng ánh sáng. Điều này cho phép các nhà nghiên cứu kiểm soát hoạt động một cách chính xác bằng cách sử dụng ánh sáng hoặc điện. Hàm lượng graphene thay đổi giúp kiểm soát tốt thời gian phản hồi. Các ứng dụng đã được chứng minh bao gồm dụng cụ kẹp hai lớp được kích hoạt bằng ánh sáng để nắm và thả vật thể. Gia nhiệt Joule nhanh chóng gây ra sự thay đổi thể tích đồng nhất, cho phép kích hoạt lặp đi lặp lại dụng cụ kẹp hydrogel được điện khí hóa. Tóm lại, các ống graphene siêu nhỏ làm cho hydrogel bền hơn và cho phép nước di chuyển qua chúng dễ dàng hơn. Phương pháp vi kỹ thuật mô-đun có thể được mở rộng sang các vật liệu nano khác và các hệ thống polyme đáp ứng. Những cải tiến hiệu suất đã được chứng minh giải quyết những hạn chế chính đã hạn chế các ứng dụng truyền động hydrogel trong thế giới thực. Bằng cách giảm bớt khả năng kiểm soát không dây và tăng cường sức mạnh, tốc độ và độ bền, bước tiến này mở ra cơ hội cho các thiết bị y sinh, robot mềm, cảm biến và hơn thế nữa.
By
Michael
Berger
By
Michael
Berger
– Michael là tác giả của ba cuốn sách của Hiệp hội Hóa học Hoàng gia:
Xã hội Nano: Đẩy mạnh ranh giới của công nghệ,
Công nghệ nano: Tương lai nhỏ bévà
Nanoengineering: Các kỹ năng và công cụ làm cho công nghệ vô hình
Bản quyền ©
Công Ty TNHH Nanowerk
Trở thành tác giả khách mời của Spotlight! Tham gia nhóm lớn và đang phát triển của chúng tôi những người đóng góp cho khách. Bạn vừa xuất bản một bài báo khoa học hoặc có những phát triển thú vị khác để chia sẻ với cộng đồng công nghệ nano? Đây là cách xuất bản trên nanowerk.com.
- Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Trao quyền cho chính mình. Truy cập Tại đây.
- PlatoAiStream. Thông minh Web3. Kiến thức khuếch đại. Truy cập Tại đây.
- Trung tâmESG. Than đá, công nghệ sạch, Năng lượng, Môi trường Hệ mặt trời, Quản lý chất thải. Truy cập Tại đây.
- PlatoSức khỏe. Tình báo thử nghiệm lâm sàng và công nghệ sinh học. Truy cập Tại đây.
- nguồn: https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=63839.php
- :là
- $ LÊN
- 10
- 13
- 200
- 31
- 32
- 3d
- Kết xuất 3D
- 7
- 8
- a
- có khả năng
- ở trên
- đạt được
- địa chỉ
- điều chỉnh
- tiến
- nhằm mục đích
- cho phép
- cho phép
- Ngoài ra
- an
- và
- xuất hiện
- các ứng dụng
- áp dụng
- phương pháp tiếp cận
- LÀ
- AS
- At
- tác giả
- b
- thanh
- BE
- bởi vì
- được
- Berger
- ngoài ra
- Ngoài
- y sinh
- Thiết bị y sinh
- trống
- Sách
- ranh giới
- by
- CAN
- nguyên nhân
- Trung tâm
- thách thức
- thay đổi
- hóa chất
- hóa học
- đóng cửa
- màu sắc
- kết hợp
- kết hợp
- cộng đồng
- so
- hoàn thành
- các thành phần
- kết nối
- khó khăn
- nội dung
- điều khiển
- có thể
- tạo
- quan trọng
- quan trọng
- Ngày
- chứng minh
- ngu si
- phát triển
- thiết bị
- Thiết bị (Devices)
- Lôi thôi
- hiển thị
- đột ngột
- hai
- Độ bền
- suốt trong
- dễ dàng hơn
- dễ dàng
- nới lỏng
- hiệu ứng
- hay
- điện
- cho phép
- nâng cao
- tăng cường
- thú vị
- nhanh hơn
- Lĩnh vực
- đổ đầy
- Tìm kiếm
- cuối
- linh hoạt
- dòng chảy
- Trong
- Buộc
- đi đầu
- hình thức
- từ
- xa hơn
- tương lai
- thế hệ
- gif
- Graphene
- sự hiểu biết
- Nhóm
- Phát triển
- Khách
- Cứng
- Có
- cao hơn
- cao
- GIỜ LÀM VIỆC
- Độ đáng tin của
- Hướng dẫn
- Tuy nhiên
- HTTPS
- Nhân loại
- Con người
- Vượt rào
- hình ảnh
- hình ảnh
- quan trọng
- cải tiến
- in
- bao gồm
- kết hợp
- Tích hợp
- tương tác
- tương tác
- kết nối với nhau
- Giao thức
- nội bộ
- trong
- IT
- tham gia
- jpg
- chỉ
- Key
- lớn
- lớp
- cho phép
- ánh sáng
- Lượt thích
- Có khả năng
- LIMIT
- hạn chế
- Logo
- thấp hơn
- máy móc thiết bị
- thực hiện
- LÀM CHO
- Làm
- nguyên vật liệu
- Có thể..
- có nghĩa là
- cơ khí
- y khoa
- thiết bị y tế
- Michael
- Tên đệm
- Might
- phút
- mô-đun
- chi tiết
- hầu hết
- chuyển động
- di chuyển
- phong trào
- tên
- Vật liệu nano
- công nghệ nano
- Thiên nhiên
- mạng
- mạng
- tại
- đối tượng
- thu được
- of
- on
- có thể
- Cơ hội
- tối ưu hóa
- or
- gọi món
- Nền tảng khác
- vfoXNUMXfipXNUMXhfpiXNUMXufhpiXNUMXuf
- ra
- kết thúc
- khắc phục
- Giấy
- con đường
- Họa tiết
- thực hiện
- hiệu suất
- cho phép
- tràn ngập
- PHP
- Tiên phong
- plato
- Thông tin dữ liệu Plato
- PlatoDữ liệu
- polymer
- có thể
- Chính xác
- ngăn chặn
- quá trình
- hứa hẹn
- cho
- cung cấp
- xuất bản
- công bố
- nhà xuất bản
- Đẩy
- nhanh
- nhanh chóng
- thế giới thực
- vùng
- phát hành
- loại bỏ
- vẽ
- lặp đi lặp lại
- báo cáo
- nhà nghiên cứu
- phản ứng
- phản ứng
- đáp ứng
- hạn chế
- hạn chế
- giữ lại
- Robot
- robotics
- robot
- hoàng gia
- hy sinh
- an toàn
- một cách an toàn
- tương tự
- Quy mô
- Đề án
- khoa học
- liền mạch
- cảm biến
- nghiêm trọng
- Hình dạng
- Chia sẻ
- kỹ năng
- Da
- chậm
- làm chậm
- Xã hội
- Mềm mại
- giải pháp
- riêng
- tốc độ
- Spotlight
- Tính ổn định
- sức mạnh
- căng thẳng
- mạnh mẽ hơn
- tiếp theo
- TÓM TẮT
- hệ thống
- nhiệm vụ
- nhóm
- Công nghệ
- mẫu
- mẫu
- việc này
- Sản phẩm
- Tương lai
- cung cấp their dịch
- Them
- Đó
- Kia là
- điều này
- số ba
- Thông qua
- thời gian
- mô
- đến
- chụp cắt lớp
- công cụ
- vận chuyển
- được kích hoạt
- độc đáo
- trường đại học
- mở khóa
- Cập nhật
- URL
- sử dụng
- khác nhau
- thay đổi
- thông qua
- khối lượng
- Nước
- khi nào
- cái nào
- với
- không có
- mang lại
- bạn
- trên màn hình
- zephyrnet