Syntetisk Materiales Mulighed for Bløde Robotter at Vokse Som Planter

Et hold af videnskabsmænd og ingeniører ved University of Minnesota har udviklet en proces inspireret af planter, der giver syntetiske materialer mulighed for at vokse, hvilket kunne gøre det muligt for bløde robotter at vokse som planter. Metoden er innovativ og ny, og de resulterende robotter kunne navigere gennem små åbninger, kompliceret terræn og endda områder inden for det menneskelige legeme.

Forskningen, der blev finansieret af National Science Foundation, blev offentliggjort i Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Robotter, der “Vokser” mens de Bevæger sig

Chris Ellison er hovedforfatter på artiklen og professor på University of Minnesota Twin Cities’ afdeling for kemisk ingeniørvidenskab og materialsvidenskab.

“Dette er første gang, disse koncepter er blevet grundlæggende demonstreret,” sagde Ellison. “Udvikling af nye fremstillingsmetoder er afgørende for vores lands konkurrenceevne og for at bringe nye produkter til mennesker. På robot-siden bliver robotter mere og mere brugt i farlige, fjerntliggende områder, og det er netop disse områder, hvor dette arbejde kan have en indvirkning.”

Bløde robotter er robotter lavet af bløde og bøjelige materialer i stedet for stive materialer, og disse nye typer af bløde, voksende robotter kan generere nyt materiale og “vokse” mens de bevæger sig. De kunne anvendes i en række forskellige anvendelser og er særligt nyttige til at navigere gennem fjerntliggende områder, som mennesker ikke kan nå. Reelle anvendelser kunne omfatte inspektioner eller installation af underjordiske rør, eller navigation inden for det menneskelige legeme.

De bløde, voksende robotter, vi har adgang til i øjeblikket, efterlader en spor af fast materiale bag sig, og de bruger varme og/eller tryk til at omdanne materialet til en mere permanent struktur. Forskerne sammenligner dette med en 3D-printer, der bliver fødet fast filament for at producere et formet produkt. Trods dette bliver det bløde materiale svært, når robotterne skal bevæge sig rundt om hjørner, hvilket gør det svært for robotterne at navigere visse forhindringer.

Udvikling af Nye Ekstrusionsmetoder

For at løse dette problem udviklede holdet en ny ekstrusionsmetode. Den nye proces indebærer, at materiale bliver presset gennem en åbning for at skabe en bestemt form, og det giver robotterne mulighed for at skabe deres syntetiske materiale fra væsker i stedet for faste stoffer.

Matthew Hausladen er første forfatter på artiklen og en ph.d.-studerende på University of Minnesota Twin Cities’ afdeling for kemisk ingeniørvidenskab og materialsvidenskab.

“Vi blev virkelig inspireret af, hvordan planter og svampe vokser,” sagde Hausladen. “Vi tog ideen om, at planter og svampe tilføjer materiale i enden af deres kroppe, enten ved rodspidsen eller ved deres nye skud, og vi oversatte det til et ingeniørsystem.”

Forskerne ønskede at efterligne processen, hvor planter bruger vand til at transportere byggeblokkene, der omdannes til faste rødder, mens planten vokser udad. For at opnå dette med syntetiske materialer anvendte holdet en teknik kaldet fotopolymerisation, der bruger lys til at omdanne flydende monomerer til fast materiale. Den bløde robot kan bruge denne teknologi til at lettere navigere rundt om forhindringer og hjørner uden behov for at trække fast materiale.

Potentielle Reelle Anvendelser

Holdet siger, at den nye proces også kunne anvendes i fremstilling, især i anvendelser, der bruger varme, tryk og maskiner til at skabe og forme materialer, som måske ikke er nødvendige.

“En meget vigtig del af dette projekt er, at vi har materialspecialister, kemiske ingeniører og robot-ingeniører alle involveret,” fortsatte Ellison. “Ved at kombinere vores forskellige ekspertiser bragte vi noget unikt til dette projekt, og jeg er sikker på, at ingen af os kunne have gjort dette alene. Dette er et godt eksempel på, hvordan samarbejde giver videnskabsmænd mulighed for at løse svære, grundlæggende problemer og samtidig have en teknologisk indvirkning.”

Holdet af forskere inkluderer også University of Minnesota Department of Chemical Engineering and Materials Science-forskerne Boran Zhao (postdoc-forsker) og Lorraine Francis (College of Science and Engineering Distinguished Professor); og University of Minnesota Department of Mechanical Engineering-forskerne Tim Kowalewski (associate professor) og Matthew Kubala (studerende).