דבק סופר-על יותר יכול לעזור בבניית רובוטים דמויי ג'לי

זה לא היה אתגר קטן בפני צוות מדענים מאוניברסיטת יוהנס קפלר לינץ:

תוכן קשור

• שבלולים מעניקים השראה לדבק חזק במיוחד לאטום פצעים
• סופר דבק חדש מגמיש את המולים שלו

האם הם יכולים להפוך את דבק העל לסופר עוד יותר?

החוקרים התאבקו בבעיה קוצנית במיוחד: כשמדובר בחיבור חומרים להידרוגלים - חפצים רכים ומעורכבים המורכבים מפולימרים תלויים במים - שום דבק לא היה יעיל במיוחד. אם ההידרוג'ל נמתח, הקשר נעשה שביר והתפרק. (דמיינו לעצמכם שניסו להדביק שתי קוביות Jell-O זו יחד.) זו הייתה דילמה בשדות המתפתחים של האלקטרוניקה הרכה והרובוטיקה הנשענים על הידרוגלים.

בעוד שהם משמשים שנים רבות להלבשת פצעים או בעדשות מגע רכות, לאחרונה הפכו הידרוגלים למרכיב מרכזי בלא מעט מוצרים חדשניים, החל מ"להקה איידס "אלקטרונית שיכולה לספק רפואה, למוצרי אלקטרוניקה נמתחים ועד רובוטים זעירים דמויי ג'לי הניתנים להשתלה בגופו של אדם.

מדענים יכולים לחבר הידרוגלים לחפצים אחרים באמצעות טיפול באור אולטרה סגול, אך התהליך יכול לארוך שעה. זה פשוט לא יעיל במיוחד, אומר מרטין קלטנברונר, אחד החוקרים האוסטרים.

"הגישור על הפער בין חומרים רכים וקשים הוא באמת אתגר גדול עבור כל מי שנמצא בתחום", אמר. "באמת חיפשנו טיפוס מהיר של אבות-טיפוס, שיטת עשה זאת-לבית של קשר הידרוגלים לחומרים מגוונים המהירים ואוניברסלים. מה שהיה שם היה קצת לא מעשי מדי ליישום במעבדות שלנו ולהשתמש באופן יומיומי. "

הצוות חשב הרבה על מה שעשוי לעבוד. מישהו הציע דבק-על. מדוע לא, מכיוון שהידרוגלים הם בעיקר מים, ודבק-על מקשר דברים יחד כי מים מפעילים את התגובה.

אבל זה לא היה כל כך קל. כשקלטנברונר והחוקרים האחרים ניסו להשתמש בדבק-על המדף, זה לא עבד כל כך טוב. ברגע שהוא התייבש, וההידרוג'ל נמתח, הקשר שוב נסדק ונכשל.

ואז מישהו העלה את הרעיון להוסיף ממס שאינו ממיס, שלא יתמוסס בדבק וימנע ממנו להתקשות. זה יכול לעזור לדבק להתפזר למעשה להידרוג'ל.

וזה, התברר, הייתה התשובה.

ערבוב הקיאנו-אקרילטים - הכימיקלים בדבק-על - עם חומר ללא ממיס מנע מהדבקה להתמוסס, וכשהחומרים נלחצו זה לזה, הדבק התפזר לשכבות החיצוניות של ההידרוג'ל. "מים מפעילים את הפולימריזציה של הציאנו-אקרילטים, " הסביר קלטנברונר, "וזה מסתבך עם שרשראות הפולימר של הג'ל, מה שמוביל לקשר קשה מאוד." במילים אחרות, הדבק הצליח לחלחל מתחת לפני השטח של ההידרוג'ל ומתחברים למולקולות שלו ויוצרים חיבור חזק תוך מספר שניות.

היה ברור שהחוקרים דאגו למשהו כאשר קשרו חתיכת הידרוג'ל לחומר אלסטי וגומי המכונה אלסטומר. "הדבר הראשון שזיהינו, " אמר קלטנברונר, "הוא שהקשר עדיין היה שקוף ומותח. ניסינו הרבה שיטות אחרות בעבר, אבל מסתבר שלפעמים הפשוטה ביותר היא הטובה ביותר. "

להלן סרטון ההדרכה שלהם בנושא הדבקת הידרוג'לים:

המדענים העמידו את הדבק החדש שלהם למבחן על ידי יצירת רצועת "עור אלקטרוני", רצועת הידרוג'ל עליה הדביקו סוללה, מעבד וחיישני טמפרטורה. זה יכול לספק נתונים לסמארטפון דרך חיבור אלחוטי.

הם גם ייצרו אב-טיפוס של חוליות מלאכותיות שאיתן שימש הידרוג'ל לתיקון דיסקים מתדרדרים בעמוד השדרה. בעזרת הדבק ניתן היה להרכיב את החוליות הרבה יותר מהר מהרגיל, כך עולה מדו"ח על המחקר שפורסם לאחרונה ב- Science Advances.

קלטנברונר אמר שהוא רואה פוטנציאל רב עבור הדבק כחלק מ"מהפכת הרובוטיקה הרכה ". למשל, ניתן היה לשלב אותו בשדרוגים ל"אוקטובוט", הרובוט האוטונומי הראשון והרך לחלוטין שנחשף על ידי מדעני הרווארד בשנה שעברה. בערך גודל היד שלך, לאוקטובוט אין רכיבים אלקטרוניים קשים - אין סוללות או שבבי מחשב. במקום זאת, מי חמצן מקיימים אינטראקציה עם כתמי פלטינה בתוך הרובוט, המייצר גז שמנפח ומגמיש את זרועות האוקטובוט, ומניע אותו דרך מים.

לעת עתה, תנועה זו היא ברובה ללא שליטה, אך המדענים מקווים שיוכלו להוסיף חיישנים שיאפשרו לה לתמרן לעבר אובייקט או ממנו. זה המקום בו הדבק החדש יכול להועיל.

אבל העתיד של הסוג החדש של דבק-על עדיין קורם עור וגידים. קלטנברונר מעריך שיכולים להיות עוד שלוש עד חמש שנים עד שיהיה זמין בשוק. ובכל זאת, הוא מרגיש די אופטימי.

"מכיוון שקל לשחזר את השיטה שלנו, " הוא אמר, "אנו מקווים שאחרים יצטרפו אלינו למציאת יישומים רבים יותר."