Роботы, напечатанные с помощью 4D-печати, могут собираться самостоятельно

Новые мягкие роботы, разработанные исследователями из Cell Press, способны собираться самостоятельно при нагреве. Они могут выполнять задачи, такие как движение вверх по склону и навигация по непредсказуемой местности.

Трубчатый прототип был представлен в журнале Matter 22 сентября.

Вэй Фэн – материаловед из Тяньцзинского университета в Китае и старший автор статьи.

“Как насекомое с антеннами, робот может преодолеть небольшое препятствие. Но когда препятствие слишком высокое, он повернет назад”, – говорит Фэн. “Весь процесс проходит спонтанно, без человеческого вмешательства или контроля.”

Напечатанные с помощью 4D-печати с четвертым измерением

Робот изначально представляет собой плоскую и прямоугольную листовку из 3D-печатного жидкокристаллического эластомера, который является типом пластикового материала, обладающего растяжимостью. Как только поверхность под этой листовкой нагревается, робот скручивается и образует трубку, похожую на пружину. Причина, по которой этот робот напечатан с помощью 4D-печати, а не 3D-печати, заключается в том, что изменение формы под внешним воздействием добавляет время как четвертое измерение.

Контакт с горячей поверхностью вызывает напряжение в материале после того, как робот образует трубку. Это, в свою очередь, вызывает вращение робота в одном направлении, при этом сила, движущая робота, чрезвычайно сильна. На самом деле, она настолько сильна, что робот способен подниматься по склону в 20 градусов или переносить веса, которые в 40 раз превышают его собственный. Скорость робота зависит от его длины, при этом более длинные роботы движутся быстрее, чем более короткие.

Тестирование роботов

Исследователи поставили эти роботы для выполнения задач и демонстрации своих навыков, которые были записаны. Одним из таких заданий было соревнование между роботами разного размера, а другим – роботом, перевозящим тележку. В этих видео робот также продемонстрировал, как он может менять свое поведение в зависимости от окружающей среды. Если робот встречал препятствие, он мог делать вещи, такие как подъем по ступеньке или изменение направления.

Старший автор Фэн был удивлен поведением робота.

“Мы обработали жидкокристаллические эластомеры в образцы различных форм с помощью 4D-печати и стимулировали эти образцы светом, теплом и электричеством, чтобы наблюдать их реакцию”, – говорит он. “Мы обнаружили много интересных явлений движения, кроме деформации.”

По мнению исследователей, эти роботы могут быть использованы в будущем для выполнения задач в небольших и замкнутых пространствах, таких как трубы. Они также могут работать в экстремальных условиях, таких как интенсивно горячие поверхности.

“Мы надеемся, что мягкие роботы больше не будут ограничены простыми исполнительными механизмами, которые могут менять форму только в фиксированном положении”, – говорит Фэн.