Мягкие роботы, напечатанные на 4D-принтере, могут собираться самостоятельно

Новый мягкий робот, напечатанный на 4D-принтере, разработанный исследователями Cell Press, способен самостоятельно собираться при нагревании. Он может выполнять такие задачи, как катание в гору и навигация по непредсказуемым ландшафтам. 

Прототип трубчатой ​​формы был представлен в журнале Вопрос Сентябрь 22.

Вэй Фэн — материаловед из Тяньцзиньского университета в Китае и старший автор статьи.

«Как насекомое с усиками, робот может преодолеть небольшое препятствие. Но когда препятствие окажется слишком высоким, оно повернет назад», — говорит Фэн. «Весь процесс происходит спонтанно, без человеческого вмешательства или контроля».

4D-печать с четвертым измерением

Робот представляет собой плоский и прямоугольный лист жидкокристаллического эластомера, напечатанного на 3D-принтере, который представляет собой эластичный пластиковый материал. Как только поверхность под этим листом нагревается, робот скручивается, образуя трубочку, напоминающую пружину. Причина, по которой этот робот печатается на 4D-принтере, а не на 3D-принтере, заключается в том, что изменение формы при внешней стимуляции добавляет время как четвертое измерение.

Контакт с горячей поверхностью вызывает деформацию материала после того, как робот сформирует трубку. Это, в свою очередь, заставляет робота катиться в одном направлении, при этом движущая сила движения чрезвычайно велика. На самом деле, он настолько силен, что робот способен взбираться на 20-градусный уклон или нести вес, в 40 раз превышающий его собственный. Скорость робота зависит от его длины, причем более длинные роботы катятся быстрее, чем более короткие. 

Тестирование роботов

Исследователи заставили этих роботов выполнять задачи и демонстрировать свои навыки во время записи. Один из них включал в себя гонку между роботами разного размера, а другой - с тележкой. В этих видеороликах роботы также продемонстрировали, как они могут менять свое поведение в зависимости от окружения. Если робот столкнулся со сложным препятствием, он мог сделать что-то, например, подняться на ступеньку или изменить направление. 

Старший автор Фэн был удивлен поведением робота.

«Мы преобразовали жидкокристаллические эластомеры в образцы различной формы с помощью 4D-печати и воздействовали на эти образцы светом, теплом и электричеством, чтобы наблюдать за их реакцией», — говорит он. «Помимо деформации мы обнаружили много интересных явлений вождения».

По словам исследователей, в будущем этих роботов можно будет использовать для выполнения задач в небольших и ограниченных местах, например, в трубе. Они также могут работать в экстремальных условиях, например, на очень горячих поверхностях.

«Мы надеемся, что мягкие роботы больше не будут ограничиваться простыми приводами, которые могут изменять форму только в фиксированном положении», — говорит Фэн.