瑞典林雪平大學(xué)的一個(gè)研究小組通過使用定制的基于擠壓的3D打印機(jī)，開發(fā)了一套用于微型機(jī)器人的微致動(dòng)器。這些致動(dòng)器包含一種電活性聚合物，該聚合物在電荷存在時(shí)會(huì)改變形狀，這使它們?cè)?D打印后具有4D能力。
雖然4D打印的軟機(jī)器人通常僅限于灰度或百萬分之一，但特別開發(fā)的技術(shù)允許研究人員將其執(zhí)行機(jī)制縮小到微米級(jí)，厚度約為20微米。他們聲稱他們的定制機(jī)具有多功能和可擴(kuò)展性，并期望通過從未見過的復(fù)雜微型機(jī)器人“拓寬軟機(jī)器人技術(shù)的范圍”。
電活性聚合物技術(shù)
電活性聚合物(EAP)技術(shù)是許多軟機(jī)器人設(shè)備背后的驅(qū)動(dòng)力。它描述了一種材料，當(dāng)它受到電荷時(shí)可以被激活或啟動(dòng)。在軟機(jī)器人中，這相當(dāng)于肌肉收縮(通常看起來像肌肉收縮)。
根據(jù)研究人員的說法，試圖減小EAP致動(dòng)器的尺寸經(jīng)常會(huì)遇到挑戰(zhàn)。光刻等微加工技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)較低的驅(qū)動(dòng)電位和較高的功率重量比，但往往涉及復(fù)雜的加工。這使得它們很難與當(dāng)前的市場(chǎng)和技術(shù)相結(jié)合。
此時(shí)，快速原型制造提供了很多好處，能源成本可以大大降低，廢物產(chǎn)生可以減少十倍。最后，該團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，這可能會(huì)使EAP設(shè)備更便宜，在更廣泛的應(yīng)用中更可行。
4D印刷微驅(qū)動(dòng)器
研究的第一階段是制造打印機(jī)。該機(jī)器基于三軸可編程數(shù)控平臺(tái)，配有高精度液體分配系統(tǒng)。連接到分配系統(tǒng)的是5mL鎖定注射器，以便通過平臺(tái)的橫向移動(dòng)來控制擠出速度。該小組使用商業(yè)上可獲得的載玻片作為建筑板。
他們首先在玻璃片上放一層薄薄的金，只有40納米厚，形成導(dǎo)電層。然后，研究人員使用注射器將單層紫外光固化聚氨酯丙烯酸酯凝膠分散到導(dǎo)電層上。凝膠將繼續(xù)形成微致動(dòng)器的“主體和臂”。一旦凝膠在紫外光下完全固化，該團(tuán)隊(duì)將在金片的另一面沉積一層聚吡咯(EAP)。
該團(tuán)隊(duì)設(shè)法多次重復(fù)這一過程，打印出長(zhǎng)度從5000微米到1000微米的微致動(dòng)器。他們開發(fā)的最薄的微致動(dòng)器只有20微米厚。研究人員發(fā)現(xiàn)，他們可以驅(qū)動(dòng)電勢(shì)低至1V的設(shè)備，而其他3D打印方法的電勢(shì)一般在1kV以上。科學(xué)家認(rèn)為，他們的工作顯示了通過3D打印技術(shù)開發(fā)的低成本微型機(jī)器人小型化的巨大潛力。
更多研究細(xì)節(jié)可以在題為“用于軟微型機(jī)器人的3D打印微型致動(dòng)器”的論文中找到。本文由Manav Tyagi、Geoffrey M. Spinks和Edwin W.H. Jager撰寫。