4D-Printede Bløde Robotter Kan Selvmontere

En ny 4D-printet blød robot udviklet af forskere ved Cell Press kan selvmontere, når den varmes op. Den kan udføre opgaver som at rulle op ad en bakke og navigere i uforudsigelige landskaber.

Den rørformede prototype blev præsenteret i tidsskriftet Matter den 22. september.

Wei Feng er en materialsvidenskabsmand ved Tianjin University i Kina og hovedforfatter af artiklen.

“Ligesom en insekt med antenner kan robotten overvinde et lille hinder. Men når hindret er for højt, vil den vende om,” siger Feng. “Hele processen er spontan uden menneskelig indgriben eller kontrol.”

4D-Printet Med Fjerede Dimension

Robotten er først en flad og rektangulær ark af en 3D-printet flydende krystallelastomer, som er en type plastmateriale, der er strækt. Når overfladen under denne ark varmes op, former robotten sig til en rørform, der ligner en fjeder. Årsagen til, at denne robot er 4D-printet og ikke 3D-printet, er, at ændringen i form under ekstern stimulation tilføjer tid som en fjerde dimension.

Kontakten med den varme overflade forårsager en spænding i materialet efter, at robotten har dannet en rørform. Dette får robotten til at rulle i én retning, med den drivende kraft bag bevægelsen være ekstremt stærk. Faktisk er den så stærk, at robotten kan klatre op ad en 20 graders skråning eller bære vægte, der er op til 40 gange dens egen. Robottons hastighed afhænger af dens længde, med de længere robotter, der ruller hurtigere end de kortere.

Test af Robotterne

Forskerne satte disse robotter til at udføre opgaver og demonstrere deres færdigheder, mens de blev optaget. En af disse opgaver inkluderede en kapløb mellem de forskellige størrelser af robotter og en anden, der bar en vogn. I disse videoer demonstrerede robotterne også, hvordan de kunne ændre deres adfærd baseret på omgivelserne. Hvis robotten mødte et udfordrende hinder, kunne den gøre ting som at klatre op ad en trin eller ændre retning.

Hovedforfatter Feng var overrasket over robotternes adfærd.

“Vi behandlede de flydende krystallelastomerer til prøver af forskellige former gennem 4D-printning og stimulerede disse prøver med lys, varme og elektricitet for at observere deres respons,” siger han. “Vi fandt mange interessante drivfenomener ud over deformation.”

Ifølge forskerne kunne disse robotter i fremtiden bruges til at udføre opgaver i små og begrænsede områder, såsom i en rør. De kunne også fungere under ekstreme forhold, såsom intens varme.

“Vi håber, at bløde robotter ikke længere er begrænsede til simple aktuatorer, som kun kan ændre form i en fast position,” siger Feng.