Beobachten Sie, wie diese röhrenförmigen Roboter Treppen hochrollen, Karren tragen und gegeneinander antreten

Forscher haben einen 4D-gedruckten Softroboter entwickelt, der sich beim Erhitzen selbst zusammenbaut und anspruchsvolle Aufgaben wie Bergaufrollen und Navigieren in einer holprigen und unvorhersehbaren Landschaft übernehmen kann. Der röhrenförmige Prototyp erscheint am 22. September im Journal Angelegenheit.

„Wie ein Insekt mit Antennen kann der Roboter ein kleines Hindernis überwinden. Aber wenn das Hindernis zu hoch ist, kehrt er um“, sagt Senior-Autor Wei Feng, Materialwissenschaftler an der Tianjin-Universität in China. “Der ganze Prozess ist spontan ohne menschliche Einmischung oder Kontrolle.”

Der Roboter beginnt als flaches, rechteckiges Blatt aus einem 3D-gedruckten Flüssigkristall-Elastomer, einer Art dehnbarem Kunststoffmaterial. Wenn die Oberfläche darunter erhitzt wird, dreht sich der Roboter spontan zu einem Röhrchen, das einer Feder ähnelt. Die Formänderung unter externer Stimulation fügt dem Druckprozess die Zeit als vierte Dimension hinzu und macht ihn zu 4D.

Sobald der Roboter ein Röhrchen geformt hat, induziert der Kontakt der heißen Oberfläche eine Spannung im Material, die dazu führt, dass es in eine Richtung rollt. Die treibende Kraft hinter dieser Bewegung ist so stark, dass der Roboter eine Steigung von 20掳 erklimmen oder sogar eine Last mit dem 40-fachen seines Eigengewichts tragen kann. Die Länge des Roboters beeinflusst seine Geschwindigkeit, wobei längere Roboter schneller rollen als ihre kürzeren Gegenstücke.

Dieses Video zeigt einen 4D-gedruckten Softroboter, der sich beim Erhitzen selbst zusammenbaut und eine Last in einem kleinen Wagen trägt. Quelle: Zhai et al./Matter

Die Forscher nahmen Videos auf, die die Fähigkeiten des Roboters zeigten, darunter ein Rennen zwischen Robotern unterschiedlicher Größe und einem anderen Roboter, der einen Karren trägt. Die Videos zeigen auch, wie sich sein Verhalten je nach Umgebung ändert, indem der Roboter entweder eine Stufe hochsteigt oder die Richtung ändert, wenn er auf ein unüberwindbares Hindernis trifft.

Ein 4D-gedruckter Softroboter, der sich beim Erhitzen beim Bergaufrollen selbst zusammenbaut. Quelle: Zhai et al./Matter

Für Feng kam das Verhalten des Roboters überraschend. „Wir haben die Flüssigkristallelastomere durch 4D-Druck zu Proben verschiedener Formen verarbeitet und diese Proben mit Licht, Wärme und Elektrizität stimuliert, um ihre Reaktion zu beobachten“, sagt er. “Wir haben neben der Deformation viele interessante Fahrphänomene gefunden.”

Ein 4D-gedruckter Softroboter, der sich beim Erhitzen selbst zusammenbaut. Quelle: Zhai et al./Matter

Zukünftig können diese Softroboter eingesetzt werden, um Arbeiten an kleinen, beengten Stellen wie in einem Rohr oder unter extremen Bedingungen wie einer 200鈩-Fläche durchzuführen. „Wir hoffen, dass sich Softroboter nicht mehr auf einfache Aktoren beschränken, die nur in einer festen Position ihre Form ändern können“, sagt Feng.


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