Инженеры открывают новый процесс выращивания синтетических материалов, позволяющий создавать мягких роботов, которые растут как растения

Прочитано: 403 раз(а)


Междисциплинарная группа ученых и инженеров Университета Миннесоты Twin Cities разработала первый в своем роде процесс экструзии на основе растений, который позволяет выращивать синтетические материалы. Новый подход позволит исследователям создавать более совершенных мягких роботов, способных перемещаться в труднодоступных местах, сложной местности и, возможно, в областях человеческого тела.

Статья опубликована в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), рецензируемом междисциплинарном научном журнале с высоким уровнем воздействия.

«Это первый раз, когда эти концепции были фундаментально продемонстрированы», — сказал Крис Эллисон, ведущий автор статьи и профессор кафедры химического машиностроения и материаловедения Университета городов-побратимов Миннесоты. «Разработка новых способов производства имеет первостепенное значение для конкурентоспособности нашей страны и для предоставления людям новых продуктов. Что касается робототехники, роботы все больше и больше используются в опасных, удаленных условиях, и это те области, где это работает. может оказать влияние».

Мягкая робототехника — это новая область, в которой роботы изготавливаются из мягких, гибких материалов, а не из жестких. Мягкие растущие роботы могут создавать новый материал и «расти» по мере движения. Эти машины могут использоваться для операций в отдаленных районах, куда люди не могут попасть, например, для осмотра или установки труб под землей или навигации внутри человеческого тела для биомедицинских целей.

Современные мягкие растущие роботы тянут за собой след из твердого материала и могут использовать тепло и/или давление для преобразования этого материала в более постоянную структуру, подобно тому, как в 3D-принтер подается твердая нить для производства продукта определенной формы. Тем не менее, след из твердого материала становится все труднее преодолевать изгибы и повороты, что затрудняет перемещение роботов по местности с препятствиями или извилистыми дорожками.

Команда Университета Миннесоты решила эту проблему, разработав новый способ экструзии — процесс, при котором материал проталкивается через отверстие для создания определенной формы. Использование этого нового процесса позволяет роботу создавать свой синтетический материал из жидкости, а не из твердого вещества.

«Нас очень вдохновило то, как растут растения и грибы», — сказал Мэтью Хаусладен, первый автор статьи и доктор философии. студент факультета химического машиностроения и материаловедения Миннесотского университета городов-побратимов. «Мы взяли идею о том, что растения и грибы добавляют материал на концах своих тел, либо на кончиках корней, либо на новых побегах, и перевели это в инженерную систему».

Растения используют воду для транспортировки строительных блоков, которые превращаются в твердые корни по мере роста растения наружу. Исследователи смогли имитировать этот процесс с синтетическим материалом, используя технику, называемую фотополимеризацией, которая использует свет для преобразования жидких мономеров в твердый материал. Используя эту технологию, мягкий робот может легче перемещаться по препятствиям и извилистым дорожкам, не волоча за собой какой-либо твердый материал.

Этот новый процесс также находит применение в производстве. Поскольку метод исследователей использует только жидкость и свет, операции, использующие тепло, давление и дорогостоящее оборудование для создания и придания формы материалам, могут не понадобиться.

«Очень важной частью этого проекта является участие ученых-материаловедов, инженеров-химиков и инженеров -роботов», — сказал Эллисон. «Объединив весь наш опыт, мы действительно привнесли в этот проект что-то уникальное, и я уверен, что ни один из нас не смог бы сделать это в одиночку. Это отличный пример того, как сотрудничество позволяет ученым решать действительно сложные фундаментальные задачи и проблемы, а также оказывая технологическое воздействие».

Инженеры открывают новый процесс выращивания синтетических материалов, позволяющий создавать мягких роботов, которые растут как растения



Новости партнеров