Мягкие роботизированные руки на водорослях гнутся от света

Как устроен манипулятор

Крошечные руки имеют длину около трёх четвертей дюйма (примерно 2 см) и толщину с кредитную карту. Они состоят из двух слоёв гидрогеля, на которых живут клетки водорослей. Один из слоёв реагирует на изменения pH, а те зависят от метаболизма водорослей. На свету водоросли ведут фотосинтез, поглощают углекислый газ и фиксируют азот, из-за чего локальный pH смещается в щелочную сторону, и гидрогель набухает. В темноте водоросли выделяют CO2 при дыхании, среда возвращается к кислой, и гель сжимается. Разница в объёме двух слоёв определяет изгиб.

По данным исследователей, в кислой среде, от pH 3 до 7, масса слоя составляла около 37 процентов от исходной, а при pH 11 увеличивалась вчетверо.

Другие мягкие роботы, чувствительные к pH, обычно требуют изменения химического состава всей окружающей жидкости. Здесь эффект гораздо более локальный, поэтому технология лучше подходит там, где важно минимальное влияние на среду.

Захваты и ограничения

Химическое изменение начинается быстро: примерно через 20 секунд после включения света и через 10 секунд после наступления темноты. Но заметный изгиб гидрогеля занимает несколько часов.

После первого прототипа команда создала другие устройства. Четырёхпалый захват закрывался на свету, поднимал полую металлическую сферу и отпускал её при выключении света. Крючкообразный захват мог подхватить и опустить резиновое кольцо. Оба предмета весили значительно меньше небольшой скрепки.

В перспективе исследователи рассчитывают на создание более автономных мягких роботов, реагирующих на среду, — для автоматизированной сельхозтехники, управления потоками жидкостей в устройствах lab-on-a-chip и подводной робототехники. Водоросли не модифицируют генетически, поэтому нет биобезопасных рисков, часто связанных с технологиями на основе микробов.