4D-Wydrukowane Miękkie Roboty Mogą Się Samo-Zmontować

Nowy 4D-wydrukowany miękki robot opracowany przez badaczy w Cell Press jest w stanie samo-zmontować się, gdy jest nagrzewany. Może wykonywać zadania, takie jak toczenie się pod górę i nawigowanie w nieprzewidywalnym terenie.

Rury-kształtny prototyp został przedstawiony w czasopiśmie Matter 22 września.

Wei Feng jest naukowcem materiałowym na Uniwersytecie w Tianjin w Chinach i seniorem autorem pracy.

“Jak owad z czułkami, robot może pokonać niewielką przeszkodę. Ale gdy przeszkoda jest za wysoka, zawróci”, mówi Feng. “Cały proces jest spontaniczny bez ingerencji ludzkiej lub kontroli.”

4D-Wydrukowany Z Czwartą Wymiarem

Robot jest najpierw płaskim i prostokątnym arkuszem 3D-wydrukowanego elastomeru kryształu ciekłego, który jest rodzajem materiału plastikowego, który jest rozciągliwy. Gdy powierzchnia pod tym arkuszem jest nagrzewana, robot skręca, tworząc rurę, która przypomina sprężynę. Powodem, dla którego ten robot jest 4D-wydrukowany, a nie 3D-wydrukowany, jest to, że zmiana kształtu pod wpływem zewnętrznej stymulacji dodaje czas jako czwartą wymiar.

Kontakt z gorącą powierzchnią powoduje naprężenie materiału po utworzeniu rury przez robota. To z kolei powoduje, że robot toczy się w jednym kierunku, a siła napędowa za ruchem jest niezwykle silna. W rzeczywistości jest tak silna, że robot jest w stanie wspiąć się na 20-stopniową pochyłość lub przenosić ciężary, które są do 40 razy większe niż jego własny. Prędkość robota zależy od jego długości, a dłuższe roboty toczą się szybciej niż krótsze.

Testowanie Robotów

Badacze ustawili te roboty, aby wykonywać zadania i demonstrować ich umiejętności, podczas gdy były nagrywane. Jednym z nich była rywalizacja między robotami różnych rozmiarów, a innym było przenoszenie wózka. Na tych filmach roboty również pokazały, jak mogą zmieniać swoje zachowania w zależności od otoczenia. Jeśli robot spotkał trudną przeszkodę, mógł wykonać takie czynności, jak wspinaczka po schodach lub zmiana kierunku.

Senior autor Feng był zaskoczony zachowaniem robota.

“Przetworzyliśmy elastomery kryształu ciekłego w próbki o różnych kształtach za pomocą 4D-druku i stymulowaliśmy te próbki światłem, ciepłem i elektrycznością, aby obserwować ich reakcję”, mówi. “Znaleźliśmy wiele interesujących zjawisk napędowych poza odkształceniem.”

Zdaniem badaczy te roboty mogą być wykorzystywane w przyszłości do wykonywania zadań w małych i zamkniętych miejscach, takich jak w rurze. Mogą również działać w ekstremalnych warunkach, takich jak intensywnie gorące powierzchnie.

“Mamy nadzieję, że miękkie roboty nie będą już ograniczone do prostych aktuatorów, które mogą tylko zmieniać kształt w ustalonej pozycji”, mówi Feng.