Syntetický materiál umožňuje měkkým robotům růst jako rostliny

Tým vědců a inženýrů z University of Minnesota vyvinul proces extruze inspirovaný rostlinami, který umožňuje růst syntetických materiálů, což by mohlo umožnit měkkým robotům růst jako rostlinám. Tato metoda je inovativní a nová a výsledné roboty by mohly navigovat úzké prostory, komplikované terény a dokonce i oblasti uvnitř lidského těla.

Výzkum, který byl financován Národní vědeckou nadací, byl zveřejněn v Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Roboti, kteří při pohybu „rostou“

Chris Ellison je jedním z hlavních autorů článku a profesor na University of Minnesota Twin Cities Department of Chemical Engineering and Materials Science.

„Toto je poprvé, kdy byly tyto koncepty fundamentálně prokázány,“ řekl Ellison. „Vývoj nových metod výroby je zásadní pro konkurenceschopnost naší země a pro uvádění nových produktů na trh. Na straně robotiky se roboti používají stále více v nebezpečných, vzdálených prostředích a tyto jsou oblasti, kde by tato práce mohla mít dopad.“

Měkké roboty jsou roboty vyrobené z měkkých a ohebných materiálů místo pevných materiálů a tyto nové typy měkkých rostoucích robotů mohou generovat nový materiál a „růst“ při pohybu. Mohly by být použity v různých aplikacích a jsou obzvlášť užitečné pro navigaci vzdálených oblastí, do nichž lidé nemají přístup. Reálné aplikace by mohly zahrnovat inspekce nebo instalaci podzemních trubek nebo navigaci uvnitř lidského těla.

Měkké rostoucí roboty, které máme nyní k dispozici, zanechávají za sebou stopu pevného materiálu a používají teplo a/nebo tlak k transformaci materiálu do více permanentní struktury. Výzkumníci srovnávají toto s 3D tiskárnou, která je krmena pevným filamentem k výrobě tvarovaného produktu. Navzdory tomu se měkký materiál obtížně vede, když robot musí zatáčet, což znamená, že je pro roboty obtížné překonávat některé překážky.

Vývoj nových metod extruze

Aby se tento problém vyřešil, tým vyvinul novou metodu extruze. Nová metoda zahrnuje materiál, který je tlačen skrz otvor k vytvoření specifického tvaru a umožňuje robotovi vytvořit syntetický materiál z kapalin místo pevných látek.

Matthew Hausladen je první autor článku a doktorand na University of Minnesota Twin Cities Department of Chemical Engineering and Materials Science.

„Byli jsme opravdu inspirováni tím, jak rostliny a houby rostou, “ řekl Hausladen. „Vzali jsme myšlenku, že rostliny a houby přidávají materiál na konci svých těl, buď na špičkách kořenů nebo na nových výhonech, a přeložili ji do inženýrského systému.“

Výzkumníci chtěli napodobit proces, jak rostliny používají vodu k transportu stavebních bloků, které se transformují do pevných kořenů, jak rostlina roste ven. K dosažení tohoto výsledku se syntetickým materiálem tým spoléhal na techniku nazývanou fotopolymerizace, která používá světlo k transformaci kapalných monomerů do pevného materiálu. Měkký robot může použít tuto technologii k snadnější navigaci překážek a zatáček bez potřeby táhnout pevný materiál.

Reálné aplikace

Tým uvádí, že proces by mohl být využit také ve výrobě, zejména tam, kde by teplo, tlak a stroje pro vytváření a tvarování materiálů nemusely být nadále potřebné.

„Velmi důležitou částí tohoto projektu je, že máme materiálové vědce, chemické inženýry a robotické inženýry všichni zapojeni,“ pokračoval Ellison. „Složením našich různých odborností jsme skutečně přinesli něco jedinečného do tohoto projektu a jsem si jistý, že žádný z nás by to nemohl udělat sám. Toto je skvělý příklad toho, jak spolupráce umožňuje vědcům řešit opravdu těžké fundamentální problémy a zároveň mít technologický dopad.“

Tým výzkumníků také zahrnuje University of Minnesota Department of Chemical Engineering and Materials Science výzkumníky Boran Zhao (postdoktorandský výzkumník) a Lorraine Francis (College of Science and Engineering Distinguished Professor); a University of Minnesota Department of Mechanical Engineering výzkumníky Tim Kowalewski (associate professor) a Matthew Kubala (postgraduální student).