4Dプリンティングによるソフトロボットの自己組立

セルプレスの研究者によって開発された新しい4Dプリンティングソフトロボットは、加熱により自己組立することができる。このロボットは、丘を上ることや予測不可能な地形を移動するなどのタスクを実行することができる。

チューブ状のプロトタイプは、9月22日にジャーナルMatterに発表された。

ウェイ・フェンは、中国の天津大学の材料科学者であり、この研究の著者である。

「昆虫の触角のように、このロボットは小さな障害物を克服することができる。しかし、障害物が高すぎると、ロボットは方向を変える」とフェンは言う。「このプロセスは、人間の干渉や制御なしに自発的に行われる」

4Dプリンティングによる4次元

ロボットは最初、3Dプリンティングされた液晶エラストマーの平らで長方形のシートである。シートの下の表面が加熱されると、ロボットはスプリングのような管状になる。ロボットが4Dプリンティングされた理由は、外部刺激による形状の変化が時間を4次元として追加するためである。

ロボットが管状になった後、ロボットの形成により材料に歪みが生じる。ロボットは一方向に転がり、運動の原動力は非常に強い。実際、ロボットは20度の傾斜を上昇したり、自身の重量の40倍の重量を運ぶことができる。ロボットの速度は長さに依存し、長いロボットは短いロボットよりも速く転がる。

ロボットのテスト

研究者はロボットをタスクに設定し、ビデオで記録した。ロボットはさまざまなサイズのロボットのレースや荷車を運ぶタスクを実行した。ロボットは周囲の環境に応じて行動を変えることができる。ロボットが難しい障害物に遭遇すると、段階を上昇したり方向を変えたりすることができる。

著者であるフェンはロボットの行動に驚いた。

「私たちは、液晶エラストマーをさまざまな形状のサンプルに4Dプリンティングし、光、熱、電気で刺激して反応を観察した」とフェンは言う。「変形以外に多くの興味深い現象を見つけた」

研究者によると、これらのロボットは将来、パイプなどの狭い場所や極端な条件でのタスクを実行することができる。

「私たちは、ソフトロボットが固定位置でのみ形状を変化させることができる単純なアクチュエーターに制限されることを望んでいない」とフェンは言う。