Исследователи из Гарварда разработали новый метод 3D-печати для мягкой робототехники

Инженеры из Гарвардского университета достигли нового рубежа в области 3D-печати и мягкой робототехники. Разработанная ими новая технология 3D-печати позволяет создавать полностью гибкие трёхмерные структуры, способные по команде скручиваться и менять форму.

Эта новая методика, созданная бывшей аспиранткой Натали Ларсон и аспирантом Джексоном Уилтом в Школе инженерии и прикладных наук имени Джона А. Полсона, объединила несколько существующих методов в новый, названный ротационной многоматериальной 3D-печатью. Эта технология печатает несколько материалов через одно сопло, которое непрерывно вращается в процессе печати.

Этот метод позволяет команде с высокой точностью определять, как материалы комбинируются в структуре во время печати, путём регулировки конструкции сопла, скорости его вращения и скорости потока материала. Прочный внешний слой, сформированный из долговечного полиуретана, защищает внутреннюю часть из полоксамера, который описывается как полимерное вещество, похожее на гель для волос. После завершения печати гель вымывается, оставляя серию полых трубок, которыми можно манипулировать, чтобы они действовали как мышцы, — их можно наполнять воздухом или жидкостью под давлением, заставляя двигаться различными способами.

Сложность конструкции даже позволяет встраивать логику движения — структура может быть спроектирована для предопределённого изгиба или скручивания. По словам Уилта, это достигается за счёт использования двух материалов, которые можно «вращать, чтобы запрограммировать направление изгиба робота при надувании». Исследователи продемонстрировали успех метода на примере спирального привода в форме цветка, который раскрывается при надувании, и захвата в форме руки с пальцами, способными обхватывать предмет.

При условии, что процесс можно будет использовать в промышленных масштабах, у такого дизайна 3D-печати для мягкой робототехники есть два огромных преимущества: скорость и простота. Традиционно создание мягких роботов предполагало литьё мягких материалов в форму и их послойное инкапсулирование. Вместо того чтобы полагаться на этот трудоёмкий процесс, требующий множества отдельных компонентов и секций, 3D-принтер мог бы создавать сложную, податливую структуру за одну печать, сразу программируя в неё логику движения.

Работа Ларсон и Уилта может легко произвести революцию в области робототехники и оказать влияние на целый ряд отраслей — если им удастся вывести её на новый уровень. Их исследование, опубликованное в журнале Advanced Materials, уже стало предметом поданной патентной заявки.