研究人員開發(fā)3D打印智能水凝膠,可在水下行走并拾取物體
發(fā)布時間:2018-05-22
眾所周知,將3D打印與智能技術(shù)相結(jié)合,會帶來一些令人意想不到的結(jié)果,如可追蹤機(jī)器性能的金屬部件,可讓您的汽車在陽光下保持涼爽的窗戶,以及可改變顏色和形狀的墨水?,F(xiàn)在,來自新不倫瑞克省羅格斯大學(xué)的研究人員開發(fā)出了一種3D打印智能凝膠,能夠抓住物體,移動物體,甚至在水下行走。
很明顯,這種來自Rutgers的新穎創(chuàng)新且具有獨(dú)特經(jīng)驗(yàn)的水凝膠在軟機(jī)器人和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中有各種各樣的應(yīng)用。例如,3D打印的智能凝膠可能是創(chuàng)造人造心臟、胃和其他肌肉的第一步,以及應(yīng)用在疾病診斷設(shè)備和藥物檢測、遞送。甚至有一天它可以通過創(chuàng)建模仿海洋生物的軟機(jī)器人,以在水下進(jìn)行檢查。
“我們的3D打印智能凝膠在生物醫(yī)學(xué)工程中具有巨大的潛力,因?yàn)樗愃朴谌梭w內(nèi)也含有大量水分并且非常柔軟的組織。它可以用于許多不同類型的模擬像章魚一樣的水生生物的水下設(shè)備,”該大學(xué)機(jī)械和航空航天工程系助理教授Howon Lee說。
最近,Lee還在ACS應(yīng)用材料和接口雜志上發(fā)布了一項名為“用3D打印的電活性水凝膠進(jìn)行軟機(jī)器人操作和運(yùn)動”的新研究,并在文章中描述了這項新型智能技術(shù)。
大韓民國研究生院機(jī)械和航空航天工程博士生Daehoon Han是該論文的主要作者,合著者包括前羅格斯大學(xué)生Cindy Farino、羅格斯的機(jī)械和航天工程博士生Chen Yang、前羅格斯博士后Tracy Scott、羅格斯的生物醫(yī)學(xué)工程博士生Daniel Browe、韓國高麗大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院副教授Wonjoon Choi、羅格斯生物醫(yī)學(xué)工程系副教授Joseph W. Freeman和Lee。
摘要寫道:“作為柔性機(jī)器人和人造肌肉的潛在致動材料,表現(xiàn)出響應(yīng)于電場的大變形的電活性水凝膠(EAH)受到高度關(guān)注。然而,由于使用傳統(tǒng)的二維(2D)制造方法,其應(yīng)用受到限制。在這里,我們展示柔軟的機(jī)器人操縱和3D打印EAH微觀結(jié)構(gòu)。通過基于數(shù)字光處理(DLP)的微型3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)3D設(shè)計和精確的尺寸控制,實(shí)現(xiàn)了EAH的復(fù)雜3D動作。我們展示柔軟機(jī)器人的驅(qū)動,包括夾持和運(yùn)輸物體以及雙向移動?!?/span>
像新型智能凝膠這樣的軟質(zhì)材料具有靈活性,能夠小型化,并且通常比硬質(zhì)材料便宜。與由硬質(zhì)材料制成的復(fù)雜設(shè)備相比,使用軟質(zhì)材料制造的設(shè)備通常更容易設(shè)計和控制。
羅格斯研究中心圍繞著研究團(tuán)隊的3D打印水凝膠,通過電力激活后,可以移動甚至改變形狀。
Lee解釋說:“這項研究展示了我們的3D打印技術(shù)如何擴(kuò)展這種智能凝膠的設(shè)計、尺寸和多功能性。我們的微型3D打印技術(shù)使我們能夠創(chuàng)造前所未有的動作?!?/span>
水凝膠可以在各種場所找到,比如尿布、隱形眼鏡、果凍糖,以及人體。這些獨(dú)特的材料,即使其水含量超過70%,仍將保持穩(wěn)定。
在DLP 3D打印過程中,光線投射到對光敏感的溶液上,然后變成水凝膠。然后將凝膠放入稱為電解質(zhì)的咸水溶液中,之后運(yùn)動由兩根施加電的細(xì)線觸發(fā)。
其結(jié)果是一英寸高且類似于人類行走的水凝膠。Lee說,其可以前進(jìn)、逆向過程、抓住和移動物體。Lee還解釋說,水凝膠由于其含水量高、材料柔和,以及對電力的響應(yīng)等因素,類似于收縮肌肉。研究人員可以通過改變尺寸來控制智能水凝膠的移動速度。例如,薄凝膠移動速度快于厚的凝膠。電場和鹽水溶液的強(qiáng)度決定了凝膠的彎曲運(yùn)動和形狀變化。