Khoa học kỹ thuật và công nghệ

Rô bốt gel trong suốt (16/02/2017)

Một nhóm các kỹ sư tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT), Hoa Kỳ đã chế tạo được loại rô bốt từ gel trong suốt, trong tương lai sẽ hỗ trợ thực hiện phẫu thuật và tránh bị phát hiện dưới nước.

Cụ thể, rô bốt gel trong suốt này di chuyển khi nước được bơm vào và ra khỏi rô bốt. Chúng có thể thực hiện nhiều nhiệm vụ nhanh, mạnh bao gồm đá bóng dưới nước cũng như bắt và thả một con cá sống.

Rô bốt được chế tạo hoàn toàn bằng hydrogel - một vật liệu dai dẻo như cao su và gần như trong suốt chủ yếu được tạo thành từ nước. Mỗi rô bốt là một tập hợp các cấu trúc hydrogel rỗng được thiết kế chính xác, kết nối với ống cao su. Khi các nhà nghiên cứu bơm nước vào rô bốt hydrogel, các cấu trúc nhanh chóng phồng lên theo các hướng cho phép rô bốt cuộn tròn hoặc kéo giãn ra.

Nhóm nghiên cứu đã tạo ra một số rô bốt hydrogel bao gồm một cấu trúc dạng vây cụp và xòe, một phần phụ khớp nối cho phép thực hiện chuyển động đá và rô bốt hình tay mềm có thể nắm lại và xòe ra.

Vì rô bốt vừa hoạt động bằng nước và được chế tạo gần như hoàn toàn từ nước, nên chúng có các tính chất trực quan và âm thanh tương tự như nước. Các nhà nghiên cứu cho rằng các rô bốt này, nếu được thiết kế cho các ứng dụng dưới nước, có thể gần như vô hình.

Công thức rô bốt

Trong năm năm qua, nhóm nghiên cứu đã lập được “công thức” cho hydrogel bằng cách trộn dung dịch polyme với nước và sử dụng kỹ thuật mà họ phát minh ra để chế tạo vật liệu chắc chắn nhưng vẫn co giãn tốt. Các nhà khoa học cũng đã phát triển những phương thức để gắn loại hydrogel này lên nhiều bề mặt như kính, kim loại, gốm và cao su bằng cách tạo những liên kết rất chắc chống bong.

Nhóm nghiên cứu đã nhận thấy rằng hydrogel có liên kết chắc chắn, dẻo và bền có thể trở thành vật liệu lý tưởng để sử dụng trong rô bốt mềm. Nhiều nhóm nghiên cứu đã thiết kế rô bốt mềm từ cao su như silicon, nhưng Zhao chỉ ra rằng vật liệu này không tương thích sinh học như hydrogel. Vì hydrogel được chủ yếu gồm có nước, nên chúng an toàn hơn khi sử dụng trong môi trường y sinh. Và mặc dù các nhà nghiên cứu khác đang nỗ lực để tạo ra rô bốt từ hydrogel, nhưng giải pháp của họ đã cho ra đời vật liệu dễ vỡ, tương đối không dẻo có thể nứt hoặc vỡ khi sử dụng lại nhiều lần. Trái lại, nhóm của Zhao đã tim ra công thức cho rô bốt mềm.

Nhanh và mạnh

Để áp dụng vật liệu hydrogel cho rô bốt mềm, các nhà nghiên cứu lần đầu tiên đã xem xét thế giới động vật. Đặc biệt, nhóm nghiên cứu đã chú ý đến leptocephali hay lươn kính (glass eel) - ấu trùng lươn nhỏ, trong suốt giống như hydrogel ấp trứng trong đại dương và cuối cùng di chuyển đến nơi cư trú tự nhiên là các dòng sông.

Yuk cho rằng: "Đây là quá trình di chuyển quãng đường rất dài và không có phương tiện bảo vệ. Có vẻ như chúng đã cố gắng để phát triển thành dạng trong suốt như một chiến thuật ngụy trang hiệu quả. Và chúng tôi muốn đạt được một mức độ tương tự về độ trong suốt, sức mạnh và tốc độ".

Để làm như vậy, nhóm nghiên cứu đã sử dụng các kỹ thuật in 3D và cắt laser để in công thức hydrogel của họ thành những cấu trúc rô bốt và các đơn vị rỗng khác liên kết với các ống cao su nhỏ được kết nối với máy bơm bên ngoài.

Để khởi động hoặc di chuyển các cấu trúc, nhóm nghiên cứu đã sử dụng máy bơm nước qua các cấu trúc rỗng, cho phép chúng nhanh chóng uốn hoặc căng ra, tùy thuộc vào cấu hình tổng thể của rô bốt. Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng khi bơm nước vào, họ có thể tạo ra các phản ứng nhanh, mạnh, cho phép rô bốt hydrogel sinh ra vài newton lực trong một giây. Về khía cạnh này, các nhà nghiên cứu khác đã kích hoạt rô bốt hydrogel tương tự bằng cách thẩm thấu đơn giản, cho phép ngấm tự nhiên vào trong các cấu trúc - một quá trình chậm tạo ra lực lượng cỡ millinewton trong vài phút hoặc vài giờ.

Bắt và thả

Trong các thí nghiệm sử dụng một vài thiết kế rô bốt hydrogel, nhóm nghiên cứu đã phát hiện thấy các cấu trúc này có thể chịu được 1.000 chu trình sử dụng lặp lại mà không bị vỡ hoặc rách. Ngoài ra, mỗi thiết kế được đặt dưới nước trên nền màu, xem ra gần như được ngụy trang hoàn toàn. Nhóm nghiên cứu đã đo các tính chất âm học và quang học của rô bốt hydrogel và nhận thấy chúng gần như ngang bằng các tính chất của nước, không giống như cao su và các vật liệu khác thường được sử dụng trong rô bốt mềm.

Trong trình diễn công nghệ, nhóm nghiên cứu đã chế tạo một chiếc kẹp rô bốt giống bàn tay và bơm nước vào trong và ra ngoài các "ngón tay" để bàn tay xòe ra và nắm lại. Các nhà nghiên cứu đã nhúng chìm kẹp này trong một thùng nước với một con cá vàng và đã chứng minh khi cá bơi qua, chiếc kẹp chắc chắn và nhanh đủ để bao vây quanh cá.

Tiếp theo, các nhà nghiên cứu dự kiến sẽ xác định các ứng dụng cụ thể cho rô bốt hydrogel, cũng như điều chỉnh công thức rô bốt để sử dụng trong những trường hợp đặc biệt. Ví dụ, các ứng dụng y tế có thể không đòi hỏi các cấu trúc hoàn toàn trong suốt, trong khi các ứng dụng khác lại cần những bộ phận nào đó của rô bốt phải cứng hơn các bộ phận khác.

Nguồn: http://www.vista.gov.vn