4D-tulostetut pehmeät robotit voivat koota itsekseen

Cell Pressin tutkijoiden kehittämä uusi 4D-tulostettu pehmeä robotti pystyy kokoamaan itsensä kuumennettaessa. Se voi suorittaa tehtäviä, kuten rullata ylämäkeen ja navigoida arvaamattomissa maisemissa. 

Putken muotoinen prototyyppi esiteltiin lehdessä asia syyskuuta 22.

Wei Feng on materiaalitutkija Tianjinin yliopistossa Kiinassa ja paperin vanhempi kirjoittaja.

”Atenteineen hyönteisen tavoin robotti voi ylittää pienen esteen. Mutta kun este on liian korkea, se kääntyy takaisin”, Feng sanoo. "Koko prosessi on spontaani ilman ihmisen puuttumista tai hallintaa."

4D-tulostettu neljännellä ulottuvuudella

Robotti on ensin litteä ja suorakaiteen muotoinen arkki 3D-painetusta nestekideelastomeerista, joka on eräänlainen muovimateriaali, joka on venyvää. Kun tämän levyn alla oleva pinta on lämmitetty, robotti kiertyy muodostaen jousta muistuttavan putken. Syy, miksi tämä robotti on 4D-tulostettu 3D-tulostuksen sijaan, on se, että ulkoisen stimulaation aiheuttama muodonmuutos lisää aikaa neljäntenä ulottuvuutena.

Kuumalta pinnalta tuleva kosketus aiheuttaa materiaaliin jännitystä sen jälkeen, kun robotti muodostaa putken. Tämä puolestaan ​​saa robotin vierimään yhteen suuntaan, jolloin liikkeen takana oleva käyttövoima on erittäin voimakas. Itse asiassa se on niin vahva, että robotti pystyy kiipeämään 20 asteen rinteeseen tai kantamaan painoja, jotka ovat jopa 40-kertaisia. Robotin nopeus riippuu sen pituudesta, ja pidemmät robotit rullaavat nopeammin kuin lyhyemmät. 

Robottien testaus

Tutkijat asettivat nämä robotit suorittamaan tehtäviä ja osoittamaan taitojaan tallennuksen aikana. Yksi niistä sisälsi kilpailun erikokoisten robottien välillä ja toinen, joka kantoi kärryä. Näissä videoissa robotit osoittivat myös, kuinka he voivat muuttaa käyttäytymistään ympäristön perusteella. Jos robotti kohtasi haastavan esteen, se voi tehdä asioita, kuten kiivetä askelmaa ylös tai muuttaa suuntaa. 

Vanhempi kirjailija Feng oli yllättynyt robotin käytöksestä.

"Prosessoimme nestekideelastomeerit erimuotoisiksi näytteiksi 4D-tulostuksen avulla ja stimuloimme näitä näytteitä valolla, lämmöllä ja sähköllä tarkkailemaan niiden vastetta", hän sanoo. "Löysimme monia mielenkiintoisia ajoilmiöitä muodonmuutosten lisäksi."

Tutkijoiden mukaan näitä robotteja voitaisiin käyttää tulevaisuudessa tehtävien suorittamiseen pienissä ja ahtaissa paikoissa, kuten putkessa. Ne voivat toimia myös äärimmäisissä olosuhteissa, kuten erittäin kuumilla pinnoilla.

"Toivomme, että pehmeät robotit eivät enää rajoitu yksinkertaisiin toimilaitteisiin, jotka voivat muuttaa muotoaan vain kiinteässä asennossa", Feng sanoo.