Miękkie roboty z drukarki 3D według pomysłu naukowców U.S. Army

Naukowcy z U.S. Army Research Laboratory oraz University of Minnesota opracowali nową technologię wytwarzania miękkich robotów, opartą na druku przestrzennym. Zginające się mechanizmy ich pomysłu składają się z dielektryka umieszczonego pomiędzy hydrożelowymi elektrodami. Technologia druku 3D ma umożliwić ich wytwarzanie w każdych warunkach przez żołnierzy bez specjalistycznej wiedzy.

Było już o drukowanych przestrzennie miękkich robotach wyposażonych w sensory czułe na dotyk i temperaturę, o elastycznych przewodnikach wytwarzanych przyrostowo z pasty metalowej, czy wreszcie o pneumatycznych mięśniach z drukarki 3D. Te przykłady na pewno nie wyczerpują ciekawych pomysłów na zastosowanie druku 3D w obszarze miękkiej robotyki. Najnowszym są pierwsze, całkowicie drukowane mechanizmy z dielektrycznych elastomerów.

Artykuł „3D printed electrically-driven soft actuators”, opublikowany w Extreme Mechanics Letters, opisuje efekty współpracy naukowców z University of Minnesota (UMN) oraz U.S. Army Research Laboratory (ARL). Do opracowania nowej technologii zmotywowały ich ograniczenia robotów stosowanych obecnie przez armię USA. Sztywna konstrukcja właściwie uniemożliwia ich zastosowanie w zatłoczonym środowisku. Robot prowadzący działania np. w centrum miasta powinien być elastyczny i zdolny do wciśnięcia się w ciasne szczeliny. Powinien być jak bezkręgowce – tak ponoć pomyśleli naukowcy.

Wykorzystywanym aktualnie „twardym” robotom brakuje nie tylko elastyczności, ale także zdolności do wykonywania złożonych, niby-biologicznych ruchów. Odpowiedzią na obie słabości może być przestrzenne drukowanie mechanizmów z elastomerów. Choć opracowano już wiele takich urządzeń, naukowcy z ARL i UMN twierdzą, że ich pomysł jest innowacyjny – jako pierwsi zaprojektowali i wydrukowali zginające się mechanizmy z nieprzewodzących prądu elastomerów (choć jednocześnie sterowane impulsami elektrycznymi).

Mechanizmy wydrukowano techniką direct ink writing (DIW), korzystając ze skonstruowanej specjalnie w tym celu drukarki. Składały się one z dielektrycznej warstwy opartej na silikonie, umieszczonej pomiędzy hydrożelowymi elektrodami. W wyniku przyłożenia napięcia do elektrod dielektryk ulega odkształceniu i całe urządzenie zgina się – wg autorów nawet trzykrotnie bardziej od podobnych opisanych rozwiązań. Co ciekawe, mechanizmy nowego pomysłu mogą nie tylko się ruszać, ale potencjalnie także rejestrować opór bez dodatkowych sensorów.

Druk 3D nie tylko daje naukowcom dużą swobodę w konstruowaniu robotów o różnych kształtach. W przyszłości taka metoda produkcji może sprawdzić się w warunkach polowych – nawet żołnierz bez specjalnego przeszkolenia będzie mógł wytworzyć części zamienne lub całe roboty korzystając ze zautomatyzowanej drukarki 3D. Twórcy wynalazku proponują także kilka innych interesujących rozwiązań, chociażby do tworzenia protez, konstruowania mechanizmów naśladujących systemy biologiczne, czy nawet do mechanicznej kontroli morfogenezy (kształtowania się części organizmów żywych).

źródło: www.arl.army.mil