4D-Wydrukowane Miękkie Roboty Mogą Samo-Zmontować Się

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

Prototyp w kształcie rury został przedstawiony w czasopiśmie Matter 22 września.

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

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

4D-Wydrukowane Z Czwartą Wymiarem

Robot jest początkowo płaskim i prostokątnym arkuszem 3D-wydruku z ciekłego krystalicznego elastomeru, który jest rodzajem plastikowego materiału, który jest rozciągliwy. Gdy powierzchnia pod tym arkuszem jest nagrzewana, robot skręca się, tworząc rurkę, 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 tym, jak robot tworzy rurkę. To z kolei powoduje, że robot porusza 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 40 razy większe niż jego własna waga. Prędkość robota zależy od jego długości, a dłuższe roboty poruszają się szybciej niż krótsze.

Testowanie Robotów

Badacze ustawili te roboty do wykonywania zadań i demonstracji ich umiejętności, podczas gdy były nagrywane. Jednym z nich była wyścig między robotami różnych rozmiarów i innym, który przenosił wózek. 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 wspinanie się po schodach lub zmiana kierunku.

Senior autor Feng był zaskoczony zachowaniem robota.

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

Zdaniem badaczy te roboty mogą być używane w przyszłości do wykonywania zadań w małych i zamkniętych przestrzeniach, 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.