Flinterdun materiaal laat robotvlinders fladderen

Techniek Het sterke en flexibele materiaal krult op zodra er een elektrisch stroompje doorheen gestuurd wordt, als een kunstmatige spier.

De doorschijnende vleugels van de robotvlinders fladderen sierlijk heen en weer in een filmpje van een groep Zuid-Koreaanse onderzoekers. De vleugels bestaan uit een materiaal genaamd MXene dat op en neer buigt als er een elektrisch stroompje doorheen loopt. De onderzoekers van het Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) noemen het kunstmatige spieren. De werking ervan demonstreren ze met kinetische kunstwerkjes, waaronder de kunstmatige vlinder. Hierover publiceerden ze vorige week een artikel in Science Robotics.

Kunstmatige spieren worden gebruikt in zogeheten zachte robots, die flexibeler zijn dan hun stugge, mechanische tegenhangers. Dankzij hun zachtheid hebben ze nieuwe toepassingen, zoals het plukken van kwetsbaar fruit. Ook kunnen ze gebruikt worden in draagbare elektronica en geavanceerde protheses. Voor de kunstmatige spieren wordt gezocht naar zachte, flexibele materialen die snel en gecontroleerd reageren.

Dun stukje papier

Het MXene dat de onderzoekers gebruiken, ziet eruit als een dun stukje papier, maar is veel complexer. Het materiaal is sterk en flexibel en toch slechts een paar atomen dik. Het bestaat uit lagen van titanium en koolstof die aan elkaar geplakt zijn met een synthetisch polymeer. Zonder de polymeer zou de titanium-koolstofstructuur broos zijn en afbladderen als het materiaal gebogen wordt. Dankzij de polymeer is het MXene sterk en flexibel. Bovendien behoudt het zijn elektrisch geleidbaarheid, zodat het aangestuurd kan worden met stroom.

Zodra er een elektrisch stroompje door het materiaal gestuurd wordt, zorgt het ladingsverschil in het materiaal ervoor dat er meer ruimte komt tussen de titanium-koolstoflagen aan een kant (de kant van de kathode). De ene zijde van het materiaal wordt daardoor dikker dan de andere waardoor het materiaal krult. Als de stroom stopt, buigt het terug. Zo wordt een op- en neergaande beweging gecreëerd. Tijdens de test van de onderzoekers reageerde het materiaal binnen een seconde als er stroom op werd gezet en kon het vijf uur lang continu in beweging blijven. Ook bleek er slechts een lage spanning van 0,1 tot 1 volt nodig te zijn.

Naast de vlinders maakten de onderzoekers ook een narcisvormige broche, die dankzij een elektrisch stroompje openvouwt en zo tot ‘bloei’ komt. Verder knutselden ze een kunstmatig boompje waarbij het materiaal ervoor zorgt dat de blaadjes ruisen alsof de wind erdoorheen blaast.