4D-Tulostetut Pehmeät Robotit Voivat Kokoonpanna Itsensä

Uusi 4D-tulostettu pehmeä robotti, jonka ovat kehittäneet Cell Pressin tutkijat, pystyy kokoonpannaan lämmitettäessä. Se pystyy suorittamaan tehtäviä, kuten kiipeämään ylös mäkeä ja navigoimaan epävarmoissa maisemissa.

Putkimaisen prototyypin esitteli Matter -lehdessä 22. syyskuuta.

Wei Feng on materiaalitieteilijä Tianjinin yliopistossa Kiinassa ja tutkimuksen vastaava tekijä.

“Kuten hyönteinen, jolla on tuntosarvet, robotti pystyy ylittämään pienen esteen. Mutta kun este on liian korkea, se kääntyy takaisin”, Feng sanoo. “Koko prosessi on spontaani ilman ihmisen väliintuloa tai ohjausta.”

4D-Tulostettu Neljännen Ulottuvuuden Kanssa

Robotti on aluksi litteä ja suorakaiteen muotoinen 3D-tulostetun nestekide- elastomeerin arkki, joka on venyvä muovimateriaali. Kun arkin alla oleva pinta lämmitetään, robotti kiertyy putkimaiseksi tubukseksi, joka muistuttaa kehää. Tämä robotti on 4D-tulostettu eikä 3D-tulostettu, koska muodonmuutos ulkoisen ärsykkeen alaisena lisää ajan neljäntenä ulottuvuutena.

Kuumasta pinnasta johtuva kosketus aiheuttaa jännityksen materiaalissa, kun robotti muodostaa tubuksen. Tämä puolestaan aiheuttaa robotin kääntymisen yhteen suuntaan, ja liikkeen takana oleva voima on erittäin voimakas. Se on niin voimakas, että robotti pystyy kiipeämään 20 asteen kaltevuuteen tai kantamaan painoa, joka on jopa 40 kertaa omaa painoaan. Robotin nopeus riippuu sen pituudesta, ja pidemmät robotit liikkuvat nopeammin kuin lyhyemmät.

Robottien Testaaminen

Tutkijat asettivat nämä robotit suorittamaan tehtäviä ja esittämään taitojaan tallennettaessa. Yksi näistä oli eri kokoisten robotien välinen kilpailu ja toinen, jossa robotti kuljetti vaunua. Näissä videoissa robotit esittivät myös, miten ne voivat muuttaa käyttäytymistään ympäristön mukaan. Jos robotti kohtasi haasteellisen esteen, se pystyi tekemään asioita, kuten kiipeämään portaat tai muuttaa suuntaa.

Vastaava tekijä Feng oli yllättynyt robotin käyttäytymisestä.

“Prosessoin nestekide-elastomeerejä eri muotoisiin näytteisiin 4D-tulostuksen avulla ja stimuloimme näitä näytteitä valolla, lämmöllä ja sähköllä havainnoimaan niiden reaktiota”, hän sanoo. “Löysimme monia mielenkiintoisia ajavia ilmiöitä muodonmuutoksen lisäksi.”

Tutkijoiden mukaan nämä robotit voivat tulevaisuudessa suorittaa tehtäviä pienissä ja ahtaisissa tiloissa, kuten putkissa. Ne voivat myös toimia ääriolosuhteissa, kuten voimakkaasti kuumilla pinnoilla.

“Toivomme, että pehmeät robotit eivät enää rajoitu yksinkertaisiin aktuaattoreihin, jotka voivat vain muuttaa muotoa kiinteässä paikassa”, Feng sanoo.