4D-Tulostetut Pehmeät Robotit Voivat Itsekokoonnutua

Tutkijat Cell Press -yliopistosta ovat kehittäneet uuden 4D-tulostetun pehmeän robotin, joka pystyy itsekokoonnutumaan lämmitettäessä. Se voi suorittaa tehtäviä, kuten kiipeäminen ylös ja navigointi epävarmoissa maisemissa.

Putkenmuotoinen prototyyppi esiteltiin Matter-lehdessä 22. syyskuuta.

Wei Feng on materiaalitieteilijä Tianjinin yliopistossa Kiinassa ja tutkimuksen johtaja.

“Kuten hyönteinen antennien kanssa, robotti voi ylittää 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-tulostettu nestekide-elastomeeri, joka on venyvä muovimateriaali. Kun pinnan alla oleva pinta lämmitetään, robotti kiertyy muodostamaan putken, joka muistuttaa kehrää. Tämä robotti on 4D-tulostettu eikä 3D-tulostettu, koska muodonmuutos ulkoisen stimulaation alaisena lisää ajan neljäntenä ulottuvuutena.

Kosketus kuumasta pinnasta aiheuttaa jännityksen materiaalissa, kun robotti muodostaa putken. Tämä aiheuttaa robotin liikkeen yhdessä suunnassa, ja liikkeen takana oleva voima on erittäin voimakas. Se on niin voimakas, että robotti pystyy kiipeämään 20 asteen kaltevuuteen tai kantamaan painoja, jotka ovat jopa 40 kertaa omasta painostaan. Robotin nopeus riippuu sen pituudesta, ja pidemmät robotit liikkuvat nopeammin kuin lyhyemmät.

Robottien Testaaminen

Tutkijat asettivat nämä robotit suorittamaan tehtäviä ja osoittamaan taitojaan tallennetussa videossa. Yksi näistä oli kilpailu eri kokoisilla roboteilla ja toinen, jossa robotti kuljetti vaunua. Näissä videoissa robotit osoittivat myös, miten ne voivat muuttaa käyttäytymistään ympäristön mukaan. Jos robotti kohtasi haasteellisen esteen, se voisi tehdä asioita, kuten kiivetä ylös askelmaa tai muuttaa suuntaa.

Vanhempi tekijä Feng oli yllättynyt robotin käyttäytymisestä.

“Prosessoidimme nestekide-elastomeerejä eri muotoisiksi näytteiksi 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 erittäin kuumilla pinnoilla.

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