より速く、より柔軟なロボットへの道(Virginia Tech physicists propose path to faster, more flexible robots)

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2024-05-15 バージニア工科大学(VirginiaTech)

バージニア工科大学の物理学者たちは、柔軟なロボットや薬物送達用の微小カプセルの性能を大幅に向上させる微視的な現象を発見しました。彼らは、ハイドロゲルの膨張と収縮を迅速化する新しい物理メカニズムを提案しました。これにより、ハイドロゲルがゴムに代わり、柔軟なロボットの材料として使用される可能性が開かれました。ハイドロゲルは水を多く含み、食品ジェリーやシェービングジェルに見られます。新たなメカニズム「拡散泳動膨張」により、ハイドロゲルは従来よりも速く膨張・収縮します。この技術は、医療用補助具、製造業のピック&プレース機能、捜索救助、スキンケア化粧品、コンタクトレンズなどの分野での応用が期待されます。

<関連情報>

化学応答性ハイドロゲルの拡散泳動による高速膨潤 Diffusiophoretic Fast Swelling of Chemically Responsive Hydrogels

Chinmay Katke, Peter A. Korevaar, and C. Nadir Kaplan
Physical Review Letters  Published 15 May 2024
DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.132.208201

より速く、より柔軟なロボットへの道(Virginia Tech physicists propose path to faster, more flexible robots)

ABSTRACT

Acid-induced release of stored ions from polyacrylic acid hydrogels (with a free surface fully permeable to the ion and acid) was observed to increase the gel osmotic pressure that leads to rapid swelling faster than the characteristic solvent absorption rate of the gel. The subsequent equilibration of the diffusing ion concentration across the gel surface diminishes the osmotic pressure. Then, the swollen gel contracts, thereby completing one actuation cycle. We develop a continuum poroelastic theory that explains the experiments by introducing a “gel diffusiophoresis” mechanism: Steric repulsion between the gel polymers and released ions can induce a diffusio-osmotic solvent intake counteracted by the diffusiophoretic expansion of the gel network that ceases when the ion gradient vanishes. For applications ranging from drug delivery to soft robotics, engineering the gel diffusiophoresis may enable stimuli-responsive hydrogels with amplified strain rates and power output.

0500化学一般
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