Роботи з 4D-друком можуть самозібратися

Нові розроблені дослідниками з Cell Press 4D-друковані м’які роботизовані пристрої можуть самозібратися при нагріванні. Вони можуть виконувати завдання, такі як рухатися вгору по схилу та переміщуватися по непередбачуваних ландшафтах.

Трубчастий прототип був представлений у журналі Matter 22 вересня.

Вей Фенг – матеріалознавець у Тяньцзіньському університеті в 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 плаский і прямокутний аркуш 3D-друкованого ліквід-кристалічного еластомеру, який є типом пластикового матеріалу, що розтягується. Як тільки поверхня під цим аркушем нагрівається, робот потім скручується у формі трубки, що нагадує пружину. Причина, по якій цей робот 4D-друкований, а не 3D-друкований, полягає в тому, що зміна форми під зовнішнім стимулом додає час як четверте вимір.

Контакт з гарячою поверхнею викликає деформацію матеріалу після того, як робот утворює трубку. Це, в свою чергу, викликає рух робота в одному напрямку, з дуже сильною силою, що рухає його. Насправді, вона така сильна, що робот може підніматися по схилу 20 градусів або нести вагу, що в 40 разів перевищує його власну. Швидкість руху робота залежить від його довжини, причому довші роботи рухаються швидше, ніж коротші.

Тестування роботів

Дослідники встановили ці роботизовані пристрої для виконання завдань та демонстрації своїх можливостей під час запису. Одним з цих завдань була гонка між роботами різного розміру та іншим, який перевозив візок. У цих відео роботизовані пристрої також продемонстрували, як вони можуть змінювати свою поведінку залежно від оточення. Якщо робот зустрічає складну перешкоду, він може робити речі, такі як піднятися по сходах або змінити напрям.

Старший автор Фенг був здивований поведінкою робота.

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

За словами дослідників, ці роботизовані пристрої 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 пристрої більше не будуть обмежені простими актуаторами, які можуть змінювати форму лише у фіксованому положенні,” каже Фенг.