4D-друковані м’які роботизовані системи можуть самозбирається

Нові 4D-друковані м’які роботизовані системи, розроблені дослідниками в Cell Press, здатні самозбирається при нагріванні. Вони можуть виконувати завдання, такі як рух під гору та переміщення по непередбачуваних ландшафтах.

Трубчаста модель прототипу була представлена в журналі Matter 22 вересня.

Вей Фенг – матеріалознавець в університеті Тяньцзінь у Китаї та старший автор статті.

“Як комаха з антенами, робот може подолати малий перешкоду. Але коли перешкода занадто висока, він повернеться,” каже Фенг. “Цій процес спонтанний без людського втручання або контролю.”

4D-друк з четвертим виміром

Робот спочатку являє собою пласку та прямокутну пластину 3D-друкованого ліквід-кристалічного еластомера, який є типом пластикового матеріалу, що розтягується. Як тільки поверхня під цією пластиною нагрівається, робот потім скручується, утворюючи трубчасту форму, схожу на пружину. Причина того, що цей робот 4D-друкований, а не 3D-друкований, полягає в тому, що зміна форми під зовнішнім стимулом додає час як четвертий вимір.

Контакт з гарячою поверхнею викликає деформацію матеріалу після того, як робот утворює трубчасту форму. Це, в свою чергу, викликає рух робота в одному напрямку, з дуже сильною силою, що рухає його. Насправді, вона така сильна, що робот здатний підніматися по похилій поверхні 20 градусів або нести вагу, що в 40 разів перевищує його власну. Швидкість руху робота залежить від його довжини, з більш довгими роботами, що рухаються швидше, ніж коротші.

Тестування роботів

Дослідники встановили ці роботизовані системи для виконання завдань та демонстрації своїх можливостей під час запису. Одним з них була гонка між роботами різного розміру та інший, який перевозив візок. У цих відео роботизовані системи також продемонстрували свою здатність змінювати поведінку залежно від оточення. Якщо робот зустрів складну перешкоду, він міг виконувати дії, такі як підйом по сходах або зміна напрямку.

Старший автор Фенг був здивований поведінкою робота.

“Ми обробили ліквід-кристалічні еластомери в зразках різних форм через 4D-друк та стимулювали ці зразки світлом, теплом та електрикою, щоб спостерігати їхню реакцію,” каже він. “Ми виявили багато цікавих явищ руху, крім деформації.”

Згідно з дослідниками, ці роботизовані системи можуть бути використані в майбутньому для виконання завдань у малих та замкнутих місцях, таких як у трубах. Вони також можуть працювати в екстремальних умовах, таких як інтенсивно гарячі поверхні.

“Ми сподіваємося, що м’які роботизовані системи більше не будуть обмежені простими виконавчими механізмами, які можуть змінювати форму тільки в фіксованому положенні,” каже Фенг.