Prvý 4D tlačený robot mení tvar a monitoruje životné prostredie
- Autor:
- Roman Mališka
- Zverejnené:
- 25. 4. 2023
- Hodnotenie:
- Už ste hlasovali.
Talianski výskumníci vytvorili nového 4D vytlačeného biologicky degradovateľného mäkkého robota v tvare semienka, ktorý mení tvar v reakcii na zmeny vlhkosti a dokáže sa pohybovať v pôde. Zariadenie má veľký potenciál ako nový spôsob monitorovania životného prostredia.
4D tlač je proces využívajúci 3D tlač na vytváranie objektov, ktoré môžu meniť svoj tvar alebo vlastnosti v reakcii na faktory prostredia, ako je svetlo a teplota.
Teraz bola 4D technológia použitá na vytvorenie mäkkého robota schopného analyzovať pôdu. Inšpirujúc sa štruktúrou semien juhoafrickej pelargónie (Pelargonium appendiculatum), ktoré menia svoj tvar v závislosti od vlhkosti prostredia, výskumníci z Istituto Italiano di Tecnologia (Taliansky technologický inštitút) v Janove vytvorili prvého biomimetického, biologicky rozložiteľného robota.
„Naše štúdie vychádzali z pozorovania prírody s cieľom napodobniť stratégie živých bytostí alebo ich štruktúr a replikovať ich v robotických technológiách s nízkym dopadom na životné prostredie z hľadiska energie a znečistenia,“ uviedla Barbara Mazzolaiová, zodpovedajúca autorka štúdie.
Semená kvitnúcich rastlín z čeľade Gerianaceae, do ktorej patria aj muškáty, využívajú svoje hygroskopické (vlhkosťou aktivované) vlastnosti tým, že sa za vhodných podmienok prostredia oddeľujú. Po oddelení menia tvar a samostatne prenikajú do pôdy, čím zvyšujú šance na vyklíčenie.
Po dôkladnom preskúmaní štruktúry a biomechaniky prírodného semena ho vedci replikovali pomocou kombinácie techník 3D tlače a takzvaného elektrospiningu. Elektrospining je metóda výroby vlákien, ktorá využíva elektrickú silu na vytiahnutie nabitých polymérov až do priemeru vlákna, rádovo niekoľko stoviek nanometrov.
Výskumníci použili modelovanie pomocou taveného usadzovania (FDM) na tlač podkladovej vrstvy pozostávajúcej z polykaprolaktónu (PCL), biologicky odbúrateľného termoplastického polyesteru, ktorý bol aktivovaný pomocou kyslíkovej plazmy, aby sa stal príťažlivejším pre vodu (hydrofilným). Potom k substrátu pridali elektrospiningové hygroskopické vlákna zložené z polyetylénoxidového plášťa a jadra z celulózových nanokryštálov.
Pri testovaní mäkký robot skúmal vzorku pôdy, pričom prispôsoboval svoj tvar tak, aby interagoval s jej nerovnosťami a trhlinami. Bol veľmi energeticky efektívny a dokázal zdvihnúť približne 100-násobok svojej hmotnosti.
Výskumníci tvrdia, že nové zariadenie ponúka nový spôsob nenápadného monitorovania planéty.
„Týmto najnovším výskumom sme ďalej dokázali, že je možné vytvoriť inovatívne riešenia, ktorých cieľom je nielen monitorovať blaho našej planéty, ale ktoré to robia bez toho, aby ju menili,“ povedala Mazzolaiová.
Výskumníci dúfajú, že nízka cena, jednoduchý dizajn a schopnosť zariadenia zbierať údaje budú užitočné najmä v odľahlých oblastiach.
„Tieto biologicky odbúrateľné a energeticky autonómne roboty sa budú používať ako bezdrôtové, bezbatériové nástroje na prieskum a monitorovanie povrchovej pôdy,“ povedal Luca Cecchini, prvý autor štúdie. „Tento bioinšpirovaný prístup nám umožnil vytvoriť nízkonákladové nástroje, ktoré možno použiť na zber údajov in situ s vysokým priestorovým a časovým rozlíšením, najmä v odľahlých oblastiach, kde nie sú k dispozícii žiadne monitorovacie údaje“.
Video na začiatku článku, ktoré si môžete pozrieť aj priamo TU, ukazuje, ako nový mäkký robot na báze semena reagoval na pôdu počas testovania.
Štúdia bola nedávno uverejnená v Advanced Science.
