羅格斯大學研究人員受章魚啟發(fā)開發(fā)3D打印變形機器人
魔猴君 行業(yè)資訊 1392天前
羅格斯大學(Rutgers University)的研究人員創(chuàng)造了光敏的3D打印人造“肌肉”,能夠按需改變其外觀和形狀。該機器人設備基于一種新穎的水凝膠,其靈感來自于魷魚,烏賊和章魚中的適應性細胞。一旦受到光刺激,彈性材料便能夠收縮并改變顏色,從而有可能在未來的消費電子產品或軍事偽裝中得到應用。
研究報告的主要作者Howon Lee說:“電子顯示器無處不在,盡管取得了顯著進步,但它們基于剛性材料,限制了它們可以采用的形狀。我們的研究支持一種采用偽裝的新工程方法,可以將其添加到柔軟的材料中并創(chuàng)建靈活的彩色顯示?!?/span>
羅格斯研究小組的新型水凝膠基于在幾種頭足類動物中發(fā)現(xiàn)的變色細胞。通過NOAA Okeanos Explorer程序拍攝。
來自海底生物的靈感
章魚與變色龍相似,因為它們能夠可逆地改變膚色或質地以適應周圍環(huán)境。對于這些海洋生物及其頭足類表親,該機制要么用于交流,要么逃避掠食者,但這種行為也引起了研究人員的興趣。先前的研究發(fā)現(xiàn),章魚的獨特能力歸功于成千上萬種在皮膚上自然生長的光反射細胞,稱為染色體。盡管機理尚不完全清楚,但科學家確實知道這些細胞附著在肌肉上,而這些肌肉一旦被拉伸,就會打開包含有色色素的囊。
盡管以前曾嘗試過頭足類動物的色彩調制,但是復制品的感測和激活功能通常是分開進行的。結果,這些基于魷魚的設備具有龐大,復雜的控制系統(tǒng),該系統(tǒng)會發(fā)出觸發(fā)變色機制所需的磁信號。Rutgers團隊使用其光響應人工發(fā)色團(或LAC),試圖通過創(chuàng)建完全集成的自適應設備來克服這一問題。為了達到這個目的,工程師需要設計一種新穎的反應性水凝膠,一旦將其光固化,便會產生能夠按需驅動的材料。
工程師的設備(如圖)具有章魚囊的復制品,其中包含黑白染料,章魚囊在暴露于光源后便打開。
圖片來自“應用材料和界面”期刊。
工程師的偽裝
在研究過程中,研究小組開發(fā)了一種“智能凝膠”,該聚合物由負載有納米粒子的聚合物組成,能夠將光轉化為熱能,并迫使其發(fā)生驅動。使用新材料,該團隊能夠為LAC印刷光響應性肌肉,其中還具有“囊”和堅固的外部框架。
組裝完成后,該設備就具有感知和啟動四種不同投影模式的能力,可以在兩分鐘內打開其復制囊。 LAC所顯示的響應水平也證明了它能夠進行復雜的反應,并且可以將其調制為“開”和“關”之間的設置。
盡管LAC表現(xiàn)出了很高的保真度,但將三個連接在一起確實會導致它們之間發(fā)生“熱泄漏”。同樣,Rutgers團隊也承認,通過進一步的研究可以提高設備的速度,靈敏度和耐用性,但是他們認為更廣泛的方法是成功的。盡管工程師只測試了單色染料,但他們看不出為什么將來無法將其他顏色添加到設備的囊中以實現(xiàn)新穎的應用。他們建議使用較亮的顏色,使其成為打印顯示器的理想之選,而基于地形的陰影可能為士兵提供敵人的偽裝。
3D打印的基于生物的創(chuàng)作
盡管Rutgers團隊的方法是獨特的,但他們遠非第一批研究人員,而是基于自然界中發(fā)現(xiàn)的機制的3D打印軟機器人設備??的螤柎髮W的科學家也受到了頭足類動物的啟發(fā),并用3D打印出了具有栩栩如生的肌肉排列的復制章魚觸手。使用彈性體作為基礎可以使團隊以更大的設計自由度來制造物體,并獲得比以前更復雜的形狀。
同時,佐治亞理工學院的研究人員將他們的機器人基于溫血哺乳動物,并3D打印了節(jié)能的“ SlothBot”。該設備目前正在亞特蘭大植物園上空使用,用于監(jiān)視動物。 ,植物和下面的環(huán)境。
在其他地方,康奈爾(Cornell)的另一個團隊從更近的地方吸取了靈感,并3D打印了能夠“排汗”的機器人肌肉。該設備柔軟的手指狀致動器使它能夠保留水,以后可以用來防止自身過熱。 在長時間使用過程中出汗
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