3D Printed Swimming Soft Robot używa polimerów z pamięcią kształtu do paddle do przodu i do tyłu

Profesor Shea wyjaśniła: "Głównym wyjściem z naszej pracy jest to, że opracowaliśmy nowy i obiecujący środek napędowy, który jest w pełni drukowany w 3D, dostosowywany i działa bez zewnętrznego źródła zasilania."

Zespół opracował nową koncepcję napędu dla robotów pływających, w której wykorzystuje się wahania temperatury w wodzie do wiosłowania. Wielomateriałowa drukarka 3D została użyta do stworzenia miniaturowego subwoofera o długości 7,5 cm, wyposażonego w łyżki uruchamiane bistabilnym elementem napędowym. Ten element jest wyzwalany przez dwa z polimerów z pamięcią kształtu profesora Shea i Chena, które rozszerzają się w ciepłej wodzie, aby działać jak mięśnie, aby zasilać robota.

Papier na trójwymiarowej łodzi podwodnej zatytułowany "Wykorzystanie bistabilności dla kierunkowych napęd miękkich, bezluzowych robotów ", niedawno opublikowano w czasopiśmie PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences w Stanach Zjednoczonych). Współautorami są Chen, Osama R. Bilal z Caltech, profesor Shea i Chiara Daraio z Caltech.

Streszczenie brzmi: "W większości systemów robotycznych w makroskali napęd i sterowanie są dostępne poprzez fizyczny uwiąz lub złożona elektronika pokładowa i akumulatory. Zawiązanie upraszcza proces projektowania, ale ogranicza zakres ruchu robota, podczas gdy elementy sterujące na pokładzie i zasilacze są ciężkie i komplikują proces projektowania. Poniżej przedstawiamy prostą zasadę projektowania dla swobodnego, miękkiego robota pływającego z zaprogramowanym, kierunkowym napędem bez baterii lub elektroniki pokładowej. Lokomocję uzyskuje się za pomocą siłowników, które wykorzystują duże przemieszczenia bistabilnych elementów wyzwalane przez zmiany temperatury otoczenia. Zasilane przez mięśnie z pamięcią kształtu (SMP), bistabilne elementy z kolei uruchamiają płetwy robota. Nasze roboty są wytwarzane przy użyciu dostępnej na rynku drukarki 3D na jednym wydruku. Jako dowód koncepcji, pokazujemy możliwość zaprogramowania statku, który może samodzielnie dostarczyć ładunek i wrócić do punktu rozstawienia. "

Jeśli woda, w której pływa mini-sub, jest podgrzewana, rozszerzające się mięśnie powodują pęknięcie bistabilnego elementu, co powoduje skok łopatki. Każdy element uruchamiający mini-subka może wykonać jedno uderzenie łopatki przed koniecznym ręcznym przeprogramowaniem, chociaż w przyszłości naukowcy są przekonani, że mogą drukować 3D złożone roboty pływające, które mają kilka siłowników. Zamiast polegać na kontrolerach lub mocy, materiał i geometria robota określają siłę,pomiar czasu i ruch kierunkowy ruchów łopatek.

Obecny robot 3D wydrukowany przez zespół może poruszać się jednym ruchem do przodu, zwalniać monetę i powracać do punktu początkowego z uderzeniem w przeciwnym kierunku, a robi to wszystko, wyczuwając zmiany temperatury w wodzie. Zmieniając geometrię mięśni polimerowych z pamięcią kształtu, naukowcy mogą zdefiniować sekwencję wyzwalania obrysu - cienkie paski polimerowe szybciej zareagują, ponieważ szybciej nagrzewają się w ciepłej wodzie.

W przyszłości 3D miękkiego robota pływackiego z nadrukiem można dalej rozwijać, by tworzyć statki o niskiej mocy do badania oceanów; Ponadto naukowcy mogliby również stosować polimery z pamięcią kształtu, które reagują na czynniki środowiskowe, takie jak zasolenie lub kwaśność wody, zamiast temperatury.