4D-Tištěné Měkké Roboty Se Mohou Sám Sestavit

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

Trubkovitý prototyp byl představen v časopise Matter dne 22. září.

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

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

4D-Tištěno 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 povrch pod touto deskou zahřát, robot se poté otočí a vytvoří trubici, která připomíná pružinu. Důvod, proč je tento robot 4D-tištěn spíše než 3D-tištěn, je ten, 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 trubice. To způsobí, že robot se bude válit jedním směrem, s hnací silou za pohybem, která je extrémně silná. Ve skutečnosti je tak silná, že robot je schopen vylézt na svah o 20 stupních nebo nést váhy, které jsou až 40krát větší než jeho vlastní. Rychlost robotu závisí na jeho délce, s delšími roboty, které se válí rychleji než kratší.

Testování Robotů

Výzkumníci nastavili tyto roboty, aby prováděly úkoly a demonstrují své dovednosti, zatímco byly nahrávány. Jednou z nich byla soutěž mezi různě velkými roboty a další, která nesla 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 je vylézt po schodech nebo změnit směr.

Hlavní autor Feng byl překvapen chováním robotů.

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

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

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