羅格斯大學(xué)研究人員受章魚(yú)啟發(fā)開(kāi)發(fā)3D打印變形機(jī)器人

魔猴君  行業(yè)資訊   1417天前

羅格斯大學(xué)（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(jī)器人設(shè)備基于一種新穎的水凝膠，其靈感來(lái)自于魷魚(yú)，烏賊和章魚(yú)中的適應(yīng)性細(xì)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(lái)的消費(fèi)電子產(chǎn)品或軍事偽裝中得到應(yīng)用。

研究報(bào)告的主要作者Howon Lee說(shuō)：“電子顯示器無(wú)處不在，盡管取得了顯著進(jìn)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。”

羅格斯研究小組的新型水凝膠基于在幾種頭足類動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)的變色細(xì)胞。通過(guò)NOAA Okeanos Explorer程序拍攝。

來(lái)自海底生物的靈感

章魚(yú)與變色龍相似，因?yàn)樗鼈兡軌蚩赡娴馗淖兡w色或質(zhì)地以適應(yīng)周圍環(huán)境。對(duì)于這些海洋生物及其頭足類表親，該機(jī)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(yú)的獨(dú)特能力歸功于成千上萬(wàn)種在皮膚上自然生長(zhǎng)的光反射細(xì)胞，稱為染色體。盡管機(jī)理尚不完全清楚，但科學(xué)家確實(shí)知道這些細(xì)胞附著在肌肉上，而這些肌肉一旦被拉伸，就會(huì)打開(kāi)包含有色色素的囊。

盡管以前曾嘗試過(guò)頭足類動(dòng)物的色彩調(diào)制，但是復(fù)制品的感測(cè)和激活功能通常是分開(kāi)進(jìn)行的。結(jié)果，這些基于魷魚(yú)的設(shè)備具有龐大，復(fù)雜的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)會(huì)發(fā)出觸發(fā)變色機(jī)制所需的磁信號(hào)。Rutgers團(tuán)隊(duì)使用其光響應(yīng)人工發(fā)色團(tuán)（或LAC），試圖通過(guò)創(chuàng)建完全集成的自適應(yīng)設(shè)備來(lái)克服這一問(wèn)題。為了達(dá)到這個(gè)目的，工程師需要設(shè)計(jì)一種新穎的反應(yīng)性水凝膠，一旦將其光固化，便會(huì)產(chǎn)生能夠按需驅(qū)動(dòng)的材料。

工程師的設(shè)備（如圖）具有章魚(yú)囊的復(fù)制品，其中包含黑白染料，章魚(yú)囊在暴露于光源后便打開(kāi)。

圖片來(lái)自“應(yīng)用材料和界面”期刊。

工程師的偽裝

在研究過(guò)程中，研究小組開(kāi)發(fā)了一種“智能凝膠”，該聚合物由負(fù)載有納米粒子的聚合物組成，能夠?qū)⒐廪D(zhuǎn)化為熱能，并迫使其發(fā)生驅(qū)動(dòng)。使用新材料，該團(tuán)隊(duì)能夠?yàn)長(zhǎng)AC印刷光響應(yīng)性肌肉，其中還具有“囊”和堅(jiān)固的外部框架。

組裝完成后，該設(shè)備就具有感知和啟動(dòng)四種不同投影模式的能力，可以在兩分鐘內(nèi)打開(kāi)其復(fù)制囊。 LAC所顯示的響應(yīng)水平也證明了它能夠進(jìn)行復(fù)雜的反應(yīng)，并且可以將其調(diào)制為“開(kāi)”和“關(guān)”之間的設(shè)置。

盡管LAC表現(xiàn)出了很高的保真度，但將三個(gè)連接在一起確實(shí)會(huì)導(dǎo)致它們之間發(fā)生“熱泄漏”。同樣，Rutgers團(tuán)隊(duì)也承認(rèn)，通過(guò)進(jìn)一步的研究可以提高設(shè)備的速度，靈敏度和耐用性，但是他們認(rèn)為更廣泛的方法是成功的。盡管工程師只測(cè)試了單色染料，但他們看不出為什么將來(lái)無(wú)法將其他顏色添加到設(shè)備的囊中以實(shí)現(xiàn)新穎的應(yīng)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(tuán)隊(duì)的方法是獨(dú)特的，但他們遠(yuǎn)非第一批研究人員，而是基于自然界中發(fā)現(xiàn)的機(jī)制的3D打印軟機(jī)器人設(shè)備?？的螤柎髮W(xué)的科學(xué)家也受到了頭足類動(dòng)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(fù)制章魚(yú)觸手。使用彈性體作為基礎(chǔ)可以使團(tuán)隊(duì)以更大的設(shè)計(jì)自由度來(lái)制造物體，并獲得比以前更復(fù)雜的形狀。

同時(shí)，佐治亞理工學(xué)院的研究人員將他們的機(jī)器人基于溫血哺乳動(dòng)物，并3D打印了節(jié)能的“ SlothBot”。該設(shè)備目前正在亞特蘭大植物園上空使用，用于監(jiān)視動(dòng)物。 ，植物和下面的環(huán)境。

在其他地方，康奈爾（Cornell）的另一個(gè)團(tuán)隊(duì)從更近的地方吸取了靈感，并3D打印了能夠“排汗”的機(jī)器人肌肉。該設(shè)備柔軟的手指狀致動(dòng)器使它能夠保留水，以后可以用來(lái)防止自身過(guò)熱。 在長(zhǎng)時(shí)間使用過(guò)程中出汗

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