Syntetisk Materialet Gjør at Myke Robotar Kan Vekse Som Planter

Et team av vitenskapsmenn og ingeniører ved University of Minnesota har utviklet en prosess for ekstrusjon inspirert av planter, som gjør det mulig for syntetisk materiale å vokse, og som kan gjøre det mulig for myke robotar å vekse som planter. Metoden er innovativ og ny, og de resulterende robotane kunne navigere i trangt plass, komplisert terreng og sogar innenfor det menneskelige kroppen. 

Forskningen, som ble finansiert av National Science Foundation, ble publisert i Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). 

Robotar Som “Vekser” Mens De Beveger Seg

Chris Ellison er en av hovedforfatterne av artikkelen og en professor ved University of Minnesota Twin Cities Department of Chemical Engineering and Materials Science. 

“Dette er første gang disse konseptene har blitt fundamentalt demonstrert,” sa Ellison. “Utvikling av nye måter å produsere er avgjørende for vårt lands konkurranseevne og for å bringe nye produkter til mennesker. På robot-siden, brukes robotar mer og mer i farlige, fjerntliggende miljøer, og disse er de typene av områder hvor dette arbeidet kunne ha en innvirkning.” 

Myke robotar er robotar laget av myke og fleksible materialer i stedet for stive materialer, og disse nye typene myke vekst-robotar kan generere nytt materiale og “vekse” mens de beveger seg. De kunne bli brukt i en rekke applikasjoner, og de er spesielt nyttige for å navigere i fjerntliggende områder som mennesker ikke kan nå. Reelle applikasjoner kunne inkludere inspeksjoner eller installasjon av underjordiske rør, eller navigasjon innenfor det menneskelige kroppen. 

De myke vekst-robotane vi har tilgang til i dag, etterlater en spor av fast materiale bak seg, og de bruker varme og/eller trykk for å transformere materialet til en mer permanent struktur. Forskerne sammenligner dette med en 3D-printer, som blir matet med fast filament for å produsere et formet produkt. Likevel, blir det myke materialet vanskelig når roboten må bevege seg rundt svinger, noe som gjør det vanskelig for robotene å navigere visse hindringer. 

Utvikling Av Ny Ekstrusjon

For å løse dette problemet, utviklet teamet en ny måte å ekstrudere. Den nye prosessen innebærer at materiale blir presset gjennom en åpning for å skape en bestemt form, og den gjør det mulig for roboten å skape sitt syntetiske materiale fra væsker i stedet for faste stoffer. 

Matthew Hausladen er en av hovedforfatterne av artikkelen og en ph.d.-student ved University of Minnesota Twin Cities Department of Chemical Engineering and Materials Science. 

“Vi ble virkelig inspirert av hvordan planter og sopp vokser,” sa Hausladen. “Vi tok ideen om at planter og sopp legger til materiale på enden av kroppen, enten på rotspissen eller på nye skudd, og oversatte det til et ingeniørsystem.” 

Forskerne ønsket å etterligne prosessen hvor planter bruker vann for å transportere byggeblokkene som transformerer til faste røtter mens planten vokser utover. For å oppnå dette med syntetisk materiale, ble teamet avhengig av en teknikk kjent som fotopolymerisering, som bruker lys for å transformere flytende monomerer til et fast materiale. Den myke roboten kan bruke denne teknologien for å lettere navigere hindringer og svinger uten å måtte trekke fast materiale. 

Potensielle Reelle Verden Applikasjoner

Teamet sier at den nye prosessen også kunne bli brukt i produksjon, spesielt i applikasjoner som bruker varme, trykk og maskineri for å skape og forme materialer som kanskje ikke er nødvendige. 

“En veldig viktig del av dette prosjektet er at vi har materialforskere, kjemiske ingeniører og robot-ingeniører alle involvert,” fortsatte Ellison. “Ved å sette alle våre ulike ekspertiser sammen, bragte vi virkelig noe unikt til dette prosjektet, og jeg er sikker på at ingen av oss kunne ha gjort dette alene. Dette er et godt eksempel på hvordan samarbeid gjør det mulig for vitenskapsmenn å løse svært vanskelige grunnleggende problemer samtidig som de har en teknologisk innvirkning.” 

Teamet av forskere inkluderer også University of Minnesota Department of Chemical Engineering and Materials Science-forskerne Boran Zhao (postdoktorand) og Lorraine Francis (College of Science and Engineering Distinguished Professor); og University of Minnesota Department of Mechanical Engineering-forskerne Tim Kowalewski (associate professor) og Matthew Kubala (gradstudent).