3D打印軟機(jī)器人可以遠(yuǎn)程控制

使用3D打印工藝制造的新型軟機(jī)器人可以使用磁場(chǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。研究人員開發(fā)了一種新的3D打印方法和材料，用于制造可以遠(yuǎn)程控制的柔性，柔軟的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，為具有獨(dú)特功能的軟機(jī)器人打開了大門，也為醫(yī)學(xué)研究提供了新的方向。他們?cè)谛侣劙l(fā)布會(huì)上表示，北卡羅來(lái)納州立大學(xué)(北卡羅來(lái)納州立大學(xué))的一個(gè)團(tuán)隊(duì)開發(fā)了這種結(jié)構(gòu)，他們可以在漂浮在水面上時(shí)利用磁場(chǎng)控制這些結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)可以抓住小物體并攜帶水滴，使它們成為可能有用的軟機(jī)器人，模仿生活在水面上的生物，以及其他用途，如細(xì)胞研究。

這項(xiàng)工作展示了兩個(gè)科學(xué)研究領(lǐng)域的交叉點(diǎn)，展示了他們的組合如何對(duì)未來(lái)的科學(xué)進(jìn)步有用，北卡羅來(lái)納州立大學(xué)化學(xué)和生物分子工程的杰出教授Orlin Velev說(shuō)。“這項(xiàng)研究顯示了3D打印和軟機(jī)器人相結(jié)合的新興領(lǐng)域的能力，”他說(shuō)。

事實(shí)上，研究人員表示，為此目的使用3D打印可以使軟機(jī)器人的制造更容易，更有效。這些機(jī)器人與剛性機(jī)器人相比具有許多優(yōu)勢(shì)，包括更加安全的人機(jī)交互，更流暢的移動(dòng)能力以及更小，更狹窄的空間。

像牙膏一樣的東西

為了開發(fā)這些結(jié)構(gòu)，研究人員用有機(jī)硅微珠制造了一種“墨水”，這種微珠被液態(tài)有機(jī)硅結(jié)合并包含在水中。由此產(chǎn)生的材料 - 所謂的“同型復(fù)合觸變膏” - 與普通牙膏相容;像牙齒清潔劑一樣，它可以很容易地從管中擠出，但隨后保持其形狀而不會(huì)滴落。

在他們的研究中，該團(tuán)隊(duì)使用3D打印機(jī)將漿料成形為網(wǎng)狀圖案，然后在烤箱中固化，以形成柔韌的硅膠結(jié)構(gòu)。研究人員說(shuō)，通過(guò)向它們施加磁場(chǎng)，可以控制所得到的結(jié)構(gòu)，即拉伸和折疊。

“這種自增強(qiáng)漿料使我們能夠創(chuàng)造出超柔軟和柔韌的結(jié)構(gòu)，”北卡羅來(lái)納州立大學(xué)博士Sangchul Roh說(shuō)。Velev實(shí)驗(yàn)室的學(xué)生和發(fā)表在Advanced Materials Technologies期刊上的論文的第一作者。

研究人員通過(guò)將羰基鐵顆粒嵌入糊狀物中，實(shí)現(xiàn)了利用磁場(chǎng)控制結(jié)構(gòu)的能力，材料科學(xué)與工程教授，該項(xiàng)目的高級(jí)共同研究員Joseph Tracy說(shuō)。他說(shuō)，這些顆粒廣泛可用并具有高磁化強(qiáng)度。

“結(jié)構(gòu)也是拉脹的，這意味著它們可以向各個(gè)方向擴(kuò)展和收縮，”Velev解釋道。他說(shuō)，這使得研究人員可以在使用3D打印過(guò)程施加磁場(chǎng)之前和之后控制形狀。

為了證明他們的方法有效，該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了可重新配置的網(wǎng)格，一種可以“抓住”一個(gè)小鋁箔球的結(jié)構(gòu)，以及一個(gè)可以“攜帶”一個(gè)水滴然后通過(guò)網(wǎng)格按需釋放它的結(jié)構(gòu)