Miękkie roboty z drukarki 3D, samodzielnie regulujące temperaturę

Technologie przyrostowe zyskały dużą popularność w dziedzinie produkcji elementów tzw. miękkich robotów, które wyróżnia szeroki wachlarz potencjalnych zastosowań. Trudno jednak twierdzić, że w tej materii wszystko zostało już powiedziane – naukowcy systematycznie informują o wynikach swoich badań, w których przedstawiają zupełnie nowe właściwości miękkich robotów, wykorzystując przy tym zalety druku 3D.

Zespołowi badaczy z Uniwersytetu Cornella w Ithaca udało się stworzyć w technologii przyrostowej element robotyczny, imitujący tkankę mięśniową. Tym, co wyróżnia rozwiązanie na tle innych jest fakt, że stworzona struktura jest zdolna do kontrolowania wewnętrznej temperatury. Regulacja ciepłoty odbywa się zupełnie jak w przypadku żywego organizmu czyli przez… pocenie się. Jak to możliwe?

Kluczową rolę dogrywa tu materiał, z którego stworzony został model. Element został wydrukowany 3D w technologii SLA z materiału, będącego kompozytem żywicy i hydrożelu. Dzięki temu gotowy element cechuje możliwość zatrzymywania wody oraz reagowania na zewnętrzną temperaturę. Jak mówi zaangażowany w projekt Roberta Shepherd, możliwość zarządzania wewnętrzną temperaturą to ogromna szansa na wykorzystanie miękkich robotów w zupełnie nowych dziedzinach.

Zasada działania wydrukowanych struktur jest bliźniacza do funkcjonowania ludzkiego organizmu. Jeżeli temperatura wewnątrz jest zbyt wysoka, na powierzchni pojawiają się krople wody – woda paruje, pozwalając na szybkie rozproszenia ciepła do otoczenia. Profesor Shepherd podkreśla, że do tej pory główną przeszkodą w produkcji funkcjonalnych, miękkich robotów były silniki, wykazujące tendencje do zbyt szybkiego przegrzewania się. Syntetyczne materiały zatrzymywały wydzielone ciepło, dlatego naukowcy szukali systemu chłodzenia, który ani nie zwiększy masy elementu, ani nie ograniczy zakresu ruchów.

W realizowanym eksperymencie naukowcy wydrukowali elementy imitujące mięśnie palców. Połączenie elastomerowego materiału wzbogaconego hydrożelem oraz struktury z mikroskopijnymi porami, czułymi na zmiany temperatury pozwoliły na stworzenie elementów wykazujące o 600% szybszą zdolność chłodzenia niż podobne elementy z tworzyw sztucznych.

Zespół nie spoczywa na laurach i już pracuje nad ulepszeniami swojego projektu. Jednym z obszarów do doskonalenia, jakie udało się im wytypować jest kwestia hydrożelu – w przeciwieństwie do ludzkiego potu hydrożel nie wysycha, a pozostawia śliską powierzchnie. Profesor Shepard dodaje, że obecne możliwości technologiczne pozwalają na tworzenie materiałów analogicznych do ich odpowiedników w naturze i to, jego zdaniem, trend, który będzie zyskiwał popularność.

ZOBACZ: Drukowane 3D wymienniki ciepła inspirowane budową anatomiczną płuc

Szczegóły przedsięwzięcia opisane zostały dokładnie w artykule naukowym”Autonomic Perspiration in 3-D Printed Hydrogel Actuators”, opublikowanym w czasopiśmie „Science Robotics”.

Źródło: 3dprintingindustry.com