4D-Tištěné Měkké Roboty Se Mohou Sám Sestavit

Nový 4D-tištěný měkký robot vyvinutý výzkumníky v Cell Press je schopen se sám sestavit, když je zahřát. Může vykonávat úkoly, jako je valení do kopce a navigace v nepředvídatelném terénu. 

Trubkovité prototypy byly představeny v časopise Matter 22. září.

Wei Feng je materiálový vědec na Tianjin University v Číně a hlavní autor článku.

“Jako hmyz s anténami, robot může překonat malou překážku. Ale když je překážka příliš vysoká, otočí se,” říká Feng. “Celý proces je spontánní bez lidského zásahu nebo řízení.”

4D-Tištěné S Čtvrtou Dimenzí

Robot je nejprve plochá a obdélníková deska 3D-tištěného kapalného krystalického elastomeru, což je typ plastového materiálu, který je elastický. Jakmile je zahřát povrch pod touto deskou, robot se poté stočí do trubkovité formy, která připomíná pružinu. Důvod, proč je tento robot 4D-tištěný a ne 3D-tištěný, je, že změna tvaru pod vnějším stimulem přidává čas jako čtvrtou dimenzi.

Kontakt s horkým povrchem způsobuje napětí v materiálu poté, co se robot vytvoří do trubkovité formy. To způsobí, že se robot bude valit v jednom směru, s hnací silou za pohybem být extrémně silná. Ve skutečnosti je tak silná, že robot je schopen vyšplhat na 20stupňový svah nebo nést váhy, které jsou až 40krát větší než jeho vlastní. Rychlost robota závisí na jeho délce, s delšími roboty valícími se rychleji než kratšími. 

Testování Robotů

Výzkumníci nastavili tyto roboty, aby vykonávaly úkoly a demonstrují své dovednosti, zatímco byly nahrávány. Jednou z nich byla soutěž mezi různě velkými roboty a další, který táhl vozík. Ve těchto videích roboti také demonstrovali, jak mohou měnit své chování na základě okolního prostředí. Pokud robot narazil na obtížnou překážku, mohl udělat věci, jako vyšplhat po schodech nebo změnit směr. 

Hlavní autor Feng byl překvapen chováním robota.

“Zpracovali jsme kapalné krystalické elastomery do vzorků různých tvarů prostřednictvím 4D tisku a stimulovali tyto vzorky světlem, teplem a elektřinou, abychom pozorovali jejich reakci,” říká. “Našli jsme mnoho zajímavých jevů hnacího chování kromě deformace.”

Podle výzkumníků by tyto roboty mohly být v budoucnu použity k vykonávání úkolů v malých a uzavřených prostorech, jako je v potrubí. Mohly by také fungovat v extrémních podmínkách, jako jsou intenzivně horké povrchy.

“Doufáme, že měkké roboty již nebudou omezeny na jednoduché akční členy, které mohou měnit tvar pouze na pevném místě,” říká Feng.