羅格斯大學研究人員受章魚啟發開發3D打印變形機器人

魔猴君  行業資訊   1416天前

羅格斯大學（Rutgers University）的研究人員創造了光敏的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物中發現的變色細胞。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。先前的研究發現，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，該系統會發出觸發變色機制所需的磁信號。Rutgers團隊使用其光響應人工發色團（或LAC），試圖通過創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現的機制的3D打印軟機器人設備。康奈爾大學的科學家也受到了頭足類動物的啟發，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打印了節能的“ SlothBot”。該設備目前正在亞特蘭大植物園上空使用，用于監視動物。 ，植物和下面的環境。

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

來源：https://www.3ddayin.net/xinwenpindao/guowaikuaidi/39924.html