Material Sintetic Care Permite Roboților Moi Să Crească Ca Plantele

O echipă de oameni de știință și ingineri de la Universitatea din Minnesota a dezvoltat un proces de extruziune inspirat de plante, care permite creșterea materialului sintetic, ceea ce ar putea permite roboților moi să crească ca plantele. Metoda este inovatoare și nouă, iar roboții rezultați ar putea naviga prin spații înguste, teren complicat și chiar în interiorul corpului uman.

Cercetarea, care a fost finanțată de Fundația Națională pentru Știință, a fost publicată în Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Roboți Care „Cresc” Pe Măsură Ce Se Mișcă

Chris Ellison este autorul principal al articolului și profesor în Departamentul de Inginerie Chimică și Știința Materialelor al Universității din Minnesota Twin Cities.

„Acesta este primul caz în care aceste concepte au fost demonstrate fundamental”, a spus Ellison. „Dezvoltarea unor noi metode de fabricație este esențială pentru competitivitatea țării noastre și pentru aducerea unor noi produse oamenilor. În ceea ce privește roboții, aceștia sunt folosiți din ce în ce mai mult în medii periculoase, îndepărtate, și acestea sunt zonele în care această lucrare ar putea avea un impact.”

Roboții moi sunt roboți fabricați din materiale moi și flexibile, în loc de materiale rigide, iar acești noi tipi de roboți moi care pot crește pot genera material nou și „cresc” pe măsură ce se mișcă. Ei ar putea fi aplicați într-o varietate de aplicații și sunt deosebit de utili pentru navigarea în zone îndepărtate inaccesibile oamenilor. Aplicațiile practice ar putea include inspecții sau instalarea de tuburi subterane, sau navigarea în interiorul corpului uman.

Roboții moi care cresc pe care îi avem în prezent lasă în urmă o urmă de material solid, și folosesc căldură și/sau presiune pentru a transforma materialul într-o structură mai permanentă. Cercetătorii compară acest proces cu un imprimantă 3D, care este alimentată cu filament solid pentru a produce un produs modelat. În ciuda acestui fapt, materialul moale devine dificil atunci când robotul trebuie să se miște în jurul unor obstacole, ceea ce face dificilă navigarea anumitor obstacole.

Dezvoltarea Unor Noi Metode De Extruziune

Pentru a aborda această problemă, echipa a dezvoltat o nouă metodă de extruziune. Noul proces implică materialul care este împins printr-o deschidere pentru a crea o formă specifică, și permite robotului să creeze materialul sintetic din lichide, în loc de solide.

Matthew Hausladen este autorul principal al articolului și student doctorand în Departamentul de Inginerie Chimică și Știința Materialelor al Universității din Minnesota Twin Cities.

„Am fost inspirați de modul în care plantele și ciupercile cresc”, a spus Hausladen. „Am luat ideea că plantele și ciupercile adaugă material la capătul corpului lor, fie la vârful rădăcinilor, fie la noile lăstari, și am translat-o într-un sistem de inginerie.”

Cercetătorii au dorit să imite procesul prin care plantele folosesc apa pentru a transporta blocurile de construcție care se transformă în rădăcini solide pe măsură ce planta crește. Pentru a realiza acest lucru cu material sintetic, echipa a folosit o tehnică numită fotopolimerizare, care folosește lumina pentru a transforma monomerii lichizi într-un material solid. Robotul moale poate folosi această tehnologie pentru a naviga mai ușor prin obstacole și curbe fără a fi nevoie să tragă material solid.

Aplicații Practice Reale

Echipa spune că noul proces ar putea fi aplicat și în fabricație, în special în aplicații care folosesc căldură, presiune și mașini pentru a crea și modela materiale care nu ar fi necesare.

„O parte foarte importantă a acestui proiect este că avem oameni de știință ai materialelor, ingineri chimici și ingineri robotici implicați”, a continuat Ellison. „Prin combinarea expertizei noastre, am adus ceva unic în acest proiect, și sunt convins că niciunul dintre noi nu ar fi putut face acest lucru singur. Acesta este un exemplu excelent de cum colaborarea permite oamenilor de știință să abordeze probleme fundamentale dificile și să aibă un impact tehnologic.”

Echipa de cercetători include și alți oameni de știință de la Universitatea din Minnesota, Departamentul de Inginerie Chimică și Știința Materialelor, Boran Zhao (cercetător postdoctoral) și Lorraine Francis (profesor distins al Colegiului de Știință și Inginerie); și de la Departamentul de Inginerie Mecanică al Universității din Minnesota, Tim Kowalewski (profesor asociat) și Matthew Kubala (student masterand).