3D-gedruckte Soft Mesh-Roboter erstellt

Strukturen können sich zusammenziehen, umformen und kleine Objekte ergreifen, während sie auf der Wasseroberfläche schwimmen

Forscher der North Carolina State University haben 3D-gedruckte, flexible Netzstrukturen entwickelt, die mit auf dem Wasser schwimmenden Magnetfeldern gesteuert werden können. Die Strukturen können kleine Objekte greifen und Wassertröpfchen transportieren, wodurch sie als soft Roboter genutzt werden können, die auf Wasseroberflächen lebende Kreaturen nachahmen oder als Gewebegerüste für Zellkulturen dienen können.

“Diese Forschung zeigt die Fähigkeiten auf dem aufstrebenden Gebiet der Kombination von 3D-Druck und Soft-Robotik”, sagte Orlin Velev, S. Frank und Doris Culberson als herausragender Professor für Chemie und Biomolekulartechnik an der NC State University und korrespondierender Autor einer Studie, in der die Forschung beschrieben wird.

Um diese Strukturen zu schaffen, haben die Forscher aus Silikonmikroperlen eine „Tinte“ hergestellt, die mit flüssigem Silikon gebunden und in Wasser enthalten ist. Die resultierende „homocomposite thixotrope Paste“ ähnelt einer herkömmlichen Zahnpasta, die leicht aus einer Tube herausgedrückt werden kann, aber dann ihre Form auf Ihrer Zahnbürste behält, ohne zu tropfen. Die Forscher verwendeten einen 3D-Drucker, um die Paste in netzartige Muster zu bringen. Die Muster werden dann in einem Ofen ausgehärtet, um flexible Silikonstrukturen zu schaffen, die durch das Anlegen von Magnetfeldern kontrolliert, gestreckt und kollabiert werden können.

„Mit dieser selbstverstärkten Paste können wir Strukturen schaffen, die extrem weich und flexibel sind“, sagt Sangchul Roh, ein Doktor der Staatlichen USA. Student in Velevs Labor und Erstautor der Zeitung.

“Durch die Einbettung von Eisencarbonylpartikeln, die weit verbreitet sind und eine hohe Magnetisierung aufweisen, können wir stark auf Magnetfeldgradienten reagieren”, fügte Joseph Tracy, Professor für Materialwissenschaft und Ingenieurwesen, und ein leitender Mitforscher des Projekts hinzu.

“Die Strukturen sind auch auxetisch, was bedeutet, dass sie sich in alle Richtungen ausdehnen und zusammenziehen können”, sagte Velev. „Mit dem 3D-Druck können wir die Form vor und nach dem Anlegen des Magnetfelds steuern.“

Die Eigenschaften der Strukturen erlauben es auch, sie auf Wasser zu schwimmen, ähnlich wie Wasserläufer oder Insekten, die über Wasseroberflächen streichen oder hüpfen.

“Die Nachahmung lebender Gewebe im Körper ist eine weitere mögliche Anwendung für diese Strukturen”, sagte Roh.

“Dies ist zunächst ein Proof-of-Concept für einen Soft-Robot-Aktuator”, sagte Velev.

Die Arbeit wurde von den NC-State-Studenten Lilian B. Okello, Jameson P. Hankwitz und Jessica A.-C. Liu und Student Nuran Golbasi.