Forskere skaber 3-D-printede bløde mesh-robotter

Forskere ved North Carolina State University har skabt 3-D-printede fleksible mesh-strukturer, der kan styres med påførte magnetiske felter, mens de flyder på vandet. Strukturerne kan gribe små genstande og bære vanddråber, giver dem potentialet til at være nyttige som bløde robotter, der efterligner væsner, der lever på vandoverflader, eller som kan tjene som vævsstilladser for cellekulturer.

"Denne forskning viser muligheder inden for det nye område med at kombinere 3D-print og blød robotteknologi, sagde Orlin Velev, S. Frank og Doris Culberson Fremragende professor i kemisk og biomolekylær ingeniørvidenskab ved NC State og tilsvarende forfatter til et papir, der beskriver forskningen.

For at skabe disse strukturer, forskerne lavede et "blæk" fra silikone mikroperler, bundet af flydende silikone og indeholdt i vand. Den resulterende "homocomposite thixotropic pasta" ligner almindelig tandpasta, som nemt kan presses ud af et rør, men så bevarer sin form på din tandbørste uden at dryppe. Forskerne brugte en 3-D-printer til at forme pastaen til mesh-lignende mønstre. Mønstrene hærdes derefter i en ovn for at skabe fleksible silikonestrukturer, der kan kontrolleres - strækkes og kollapses - ved påføring af magnetiske felter.

"Denne selvforstærkede pasta giver os mulighed for at skabe strukturer, der er ultrabløde og fleksible, " sagde Sangchul Roh, en NC State Ph.D. studerende i Velevs laboratorium og førsteforfatter til papiret.

"Indlejring af jerncarbonylpartikler, som er bredt tilgængelige og har en høj magnetisering, giver os mulighed for at give en stærk reaktion på magnetiske feltgradienter, " tilføjede Joseph Tracy, professor i materialevidenskab og teknik og en senior medforsker på projektet.

"Strukturerne er også auxetiske, hvilket betyder, at de kan udvide og trække sig sammen i alle retninger, " sagde Velev. "Med 3D-print, vi kan kontrollere formen før og efter påføringen af ​​magnetfeltet."

Strukturernes egenskaber gør det også muligt at bruge dem, mens de flyder på vandet, ligner vandstridere, eller insekter, der skummer eller hopper hen over vandoverflader.

"Efterligning af levende væv i kroppen er en anden mulig anvendelse for disse strukturer, " sagde Roh.

I avisen, udgivet i et særnummer af Avancerede materialeteknologier , forskerne viste, hvordan de var i stand til at designe rekonfigurerbare masker, en struktur, der kunne "gribe" en lillebitte kugle af aluminiumsfolie og en struktur, der kan "bære" en enkelt vanddråbe og derefter frigive den efter behov gennem nettet.

"For nu, dette er et tidligt stadie proof-of-concept for en blød robotaktuator, " sagde Velev.