去年11月，蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的研究人員發(fā)表了一項(xiàng)研究，解釋了形狀記憶聚合物如何被用作制造自適應(yīng)材料的催化劑，這種材料一旦加熱就會(huì)恢復(fù)到原始形狀。
研究小組在實(shí)驗(yàn)中使用了3D打印、可編程設(shè)計(jì)和熱粘彈性超材料。克里斯蒂娜·謝伊教授和她的博士生陳(Tim Chen)為這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)開發(fā)了3D打印的形狀記憶聚合物條帶。
現(xiàn)在，謝伊教授和她的團(tuán)隊(duì)與加州理工學(xué)院的研究人員合作，將這些條帶用于3D打印和軟機(jī)器人概念研究的新證據(jù)。研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)用3D打印制造了一艘迷你潛艇，不需要推進(jìn)劑、電源和發(fā)動(dòng)機(jī)。謝伊教授解釋說:“我們工作的主要內(nèi)容是，我們開發(fā)了一種新的、有前景的推進(jìn)裝置，它可以完全3D打印，可調(diào)節(jié)，無需外部電源。”
該團(tuán)隊(duì)為游泳機(jī)器人開發(fā)了一種新的推進(jìn)概念，利用水中的溫度波動(dòng)來劃水。使用多材料3D打印機(jī)制作了一個(gè)7.5厘米的微型潛艇，配備了雙槳驅(qū)動(dòng)的雙穩(wěn)態(tài)推進(jìn)元件。這種元素是由謝伊教授和陳教授的兩種形狀記憶聚合物觸發(fā)的，它們在溫水中膨脹，像肌肉一樣為機(jī)器人提供動(dòng)力。最近，一篇關(guān)于3D打印潛艇的論文發(fā)表在了《PNAS》雜志(美國國家科學(xué)院院刊)上，題目是“用柔軟且不受束縛的機(jī)器人進(jìn)行定向推進(jìn)”。作者包括加州理工學(xué)院的陳教授、奧薩馬·r·比拉爾教授和謝伊教授以及加州理工學(xué)院的基亞拉·達(dá)拉約教授。
軟機(jī)器人的主要挑戰(zhàn)之一是將驅(qū)動(dòng)、控制、推進(jìn)和傳感集成到一個(gè)機(jī)構(gòu)中。如果迷你潛艇的水被加熱，膨脹的肌肉會(huì)導(dǎo)致雙穩(wěn)態(tài)元件被卡住，從而觸發(fā)劃槳?jiǎng)幼鳌ｋm然未來的研究人員相信他們可以3D打印出具有多個(gè)致動(dòng)器的復(fù)雜游泳機(jī)器人，但微型潛艇的每個(gè)致動(dòng)器都可以在必要的手動(dòng)重新編程之前完成一次劃水。
該團(tuán)隊(duì)目前的3D打印機(jī)器人可以一次性向前劃槳，釋放一枚硬幣，然后以相反的方向劃回起點(diǎn)。這一切都是通過感應(yīng)水溫變化來實(shí)現(xiàn)的。通過改變形狀記憶聚合物肌肉的幾何形狀，科學(xué)家可以定義觸發(fā)序列，薄聚合物帶將會(huì)響應(yīng)更快，因?yàn)樗鼈冊跍厮屑訜岣臁?/p>
在未來，這種3D打印的游泳軟機(jī)器人可能會(huì)進(jìn)一步發(fā)展成為一種低功率的船只，用于探索海洋；此外，科學(xué)家還可以使用對環(huán)境因素(如水的鹽度或酸度)有反應(yīng)的形狀記憶聚合物。