4D-Printede myke roboter kan selvmontere

En ny 4D-printet myk robot utviklet av forskere ved Cell Press, kan selvmontere når den varmes opp. Den kan utføre oppgaver som å rulle oppover og navigere i uforutsigbare landskap.

Den rørformede prototypen ble presentert i tidsskriftet Matter den 22. september.

Wei Feng er en materialforsker ved Tianjin University i Kina og hovedforfatter av artikkelen.

“Liksom en insekt med antenner, kan roboten overvinne små hindringer. Men når hindringen er for høy, vil den snu tilbake,” sier Feng. “Hele prosessen er spontan uten menneskelig innblanding eller kontroll.”

4D-Printet med fjerde dimensjon

Roboten er først en flat og rektangulær ark av en 3D-printet flytende krystall-elastomer, som er en type plastmateriale som er strekkbar. Når overflaten under denne arken varmes opp, vrir roboten seg opp til å danne en rørform som ligner en fjær. Grunnen til at denne roboten er 4D-printet og ikke 3D-printet, er at endringen i form under ekstern stimulering legger til tid som en fjerde dimensjon.

Kontakten fra den varme overflaten forårsaker en strekk i materialet etter at roboten har dannet en rørform. Dette fører til at roboten ruller i én retning, med den drivende kraften bak bevegelsen som er ekstremt sterk. Faktisk er den så sterk at roboten kan klatre opp en 20 graders helning eller bære vekter som er opptil 40 ganger sin egen vekt. Robotens hastighet avhenger av dens lengde, med lengre roboter som ruller raskere enn de kortere.

Testing av robotene

Forskerne satte disse robotene til å utføre oppgaver og demonstrere sine ferdigheter mens de ble filmet. En av disse inkluderte en konkurranse mellom de forskjellige størrelsene roboter og en annen som bar en vogn. I disse videoene demonstrerte robotene også hvordan de kunne endre sine atferder basert på omgivelsene. Hvis roboten møtte en utfordrende hindring, kunne den gjøre ting som å klatre opp en trapp eller endre retning.

Hovedforfatter Feng var overrasket over robotens atferd.

“Vi prosesserte flytende krystall-elastomerer til prøver av forskjellige former gjennom 4D-trykking og stimulerte disse prøvene med lys, varme og elektrisitet for å observere deres respons,” sier han. “Vi fant mange interessante drivfenomener utenom deformasjon.”

Ifølge forskerne kan disse robotene i fremtiden brukes til å utføre oppgaver i små og begrensede områder, som i en rør. De kan også operere i ekstreme forhold, som på intense varme overflater.

“Vi håper at myke roboter ikke lenger vil være begrensede til enkle aktuatorer, som bare kan endre form i en fast posisjon,” sier Feng.