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동영상: 사람 모양의 로봇이 새장에서 탈출하기 위해 액체로 변한 후 연구진이 수동으로 로봇을 추출하여 원래 모양으로 다시 만드는 동영상입니다.더보기

출처: Wang and Pan et al.

해삼에서 영감을 받아 엔지니어들은 액체와 고체 상태 사이를 빠르고 가역적으로 전환하는 소형 로봇을 설계했습니다. 로봇은 형태를 바꿀 수 있을 뿐만 아니라 자기를 갖고 전기를 전도할 수도 있습니다. 연구원들은 Matter 저널에 1월 25일 발표된 연구에서 로봇에게 이동성 및 형태 변형 테스트의 장애물 코스를 통과시켰습니다.

전통적인 로봇이 단단하고 뻣뻣한 반면, "소프트" 로봇은 정반대의 문제를 안고 있습니다. 그들은 유연하지만 약하고, 그들의 움직임은 통제하기 어렵습니다. 이번 연구를 이끈 홍콩 중문 대학교의 엔지니어인 Chengfeng Pan(@ChengfengPan)은 "로봇에게 액체 상태와 고체 상태 사이를 전환할 수 있는 능력을 부여하면 로봇에 더 많은 기능을 부여할 수 있습니다."라고 말합니다.

연구팀은 융점(29.8°C)이 매우 낮은 금속인 갈륨에 자성 입자를 내장하여 "자기 활성 고체-액체 상전이 기계"라고 불리는 새로운 위상 변이 물질을 만들었습니다.

Carnegie Mellon University의 수석 저자이자 기계 엔지니어인 Carmel Majidi(@SoftMachinesLab)는 "여기서 자성 입자는 두 가지 역할을 합니다."라고 말했습니다. “하나는 재료가 교류 자기장에 반응하도록 만들어 유도를 통해 재료를 가열하고 상 변화를 일으킬 수 있다는 것입니다. 하지만 자성 입자는 로봇에게 이동성과 자기장에 반응하여 움직일 수 있는 능력도 부여합니다.”

이는 열총, 전류 또는 기타 외부 열원을 사용하여 고체에서 액체로의 변환을 유도하는 기존 위상 변이 재료와 대조됩니다. 또한 이 새로운 소재는 "액체" 단계의 점성이 훨씬 더 높은 다른 상 변화 물질에 비해 매우 유동적인 액체 단계를 자랑합니다.

잠재적인 응용 분야를 탐색하기 전에 팀은 다양한 상황에서 재료의 이동성과 강도를 테스트했습니다. 자기장의 도움으로 로봇은 해자를 뛰어넘고, 벽을 오르고, 심지어 반으로 나뉘어 다시 합쳐지기 전에 다른 물체를 협력적으로 움직였습니다. 한 영상에서는 사람 모양의 로봇이 액체화되어 격자를 통해 흘러나온 후 추출되어 원래 모양으로 다시 성형됩니다.

"이제 우리는 매우 특정한 의료 및 엔지니어링 문제를 해결하기 위해 보다 실용적인 방법으로 이 재료 시스템을 추진하고 있습니다"라고 Pan은 말합니다.

생체의학 측면에서 팀은 로봇을 사용하여 모형 위에서 이물질을 제거하고 주문형 약물을 동일한 위장에 전달했습니다. 그들은 또한 이 물질이 무선 회로 조립 및 수리를 위한 스마트 납땜 로봇(접근하기 어려운 회로에 스며들어 납땜 및 도체 역할을 함)과 단단한 부품 조립을 위한 범용 기계 "나사"로 어떻게 작동할 수 있는지 보여줍니다. 닿을 수 있는 공간(나사형 나사 소켓에 녹아서 굳어짐, 실제 나사 조임 불필요)

Majidi는 "향후 연구에서는 이러한 로봇이 생물의학적 맥락에서 어떻게 사용될 수 있는지 더 자세히 조사해야 합니다."라고 말했습니다. "우리가 보여주고 있는 것은 단지 일회성 시연이자 개념 증명일 뿐이지만 이것이 실제로 약물 전달이나 이물질 제거에 어떻게 사용될 수 있는지 알아보기 위해서는 훨씬 더 많은 연구가 필요할 것입니다."

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본 연구는 중국국가자연과학재단, 광둥성 자연과학재단, 광둥성 고급 인재 특별 지원 계획, 광둥성 핵심 연구개발 계획의 지원을 받았습니다.

물질, Wang 및 Pan et al. '자기활성 액체-고체상 전이물질', https://www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(22)00693-2

Cell Press에서 발행하는 Matter(@Matter_CP)는 다학제적, 혁신적인 재료 과학 연구를 위한 새로운 저널입니다. 논문에서는 기초부터 응용, 나노부터 매크로까지 재료 개발의 스펙트럼 전반에 걸쳐 과학적 발전을 탐구합니다. 방문: https://www.cell.com/matter. Cell Press 미디어 알림을 받으려면 [email protected]으로 문의하세요.