Australische Forschende nutzen 4D-Druck für Soft-Roboter

Forscher an der University of Queensland (UQ) entwickeln eine neue 4D-Drucktechnologie, die formveränderliche Flüssigmetalle für die Soft-Robotik produziert.

4D-Druck ist eine Erweiterung des 3D-Drucks, bei der feste Objekte aus Materialien hergestellt werden, die ihre Form unter Einfluss von Wärme, Wasser oder Licht verändern können.

Im Australian Institute for Bioengineering and Nanotechnology (AIBN) der UQ drucken die Forscher 4D-Strukturen mit neuartigen flüssigen Metallpolymeren, die mittels Infrarotlasern zu verschiedenen mechanischen Aufgaben angeregt werden können. Die Leiter des Projekts, Dr. Liwen Zhang und Dr. Ruirui Qiao, erklärten, dass die von ihnen entwickelten einzigartigen Herstellungsmethoden es ermöglichen, 4D-Designs zu produzieren, die sowohl fest als auch dauerhaft sind und sich biegen, greifen, heben und Gegenstände, die das Fünffache ihres Gewichts haben, wieder loslassen können oder in eine vorprogrammierte Form zurückkehren.

“Der 4D-Druck ist eine Weiterentwicklung des herkömmlichen 3D-Drucks und fügt eine neue Dimension hinzu – die Dimension der Zeit”, so Dr. Zhang. “Mit unserer Methode können wir intelligente Flüssigmetalle herstellen, die individuell angepasst und geformt werden können und sich mit der Zeit verändern, ohne dass Drähte oder Schaltkreise erforderlich sind. Dies ist eine neue Ära für Robotikanwendungen und ein Wendepunkt in der additiven Fertigung”.

Für 4D-gedruckte Objekte wird üblicherweise ein 3D-Drucker verwendet, der spezifische Zutaten nutzt, um dem fertigen Produkt neue Eigenschaften und Fähigkeiten zu verleihen. In der Fachzeitschrift Nature Communications erläutern Dr. Zhang, Dr. Qiao und ihr Kollege Professor Tom Davis, wie sie kugelförmige flüssige Metallnanopartikel verwendeten, um Druckharze herzustellen, die auf nahes Infrarotlicht reagieren.

Diese Technologie ermöglicht es, mit Lasern die Materialien so zu lenken, dass sie sich biegen, greifen und Gegenstände loslassen können. Obwohl die Technologie noch in den Kinderschuhen steckt, sieht Dr. Qiao großes Potenzial in ihrem Einsatz im Design weicher Robotik, die natürliche Bewegungen und Interaktionen nachahmt. Dies könnte zahlreiche Anwendungen in der Luftfahrttechnik und im medizinischen Bereich mit sich bringen, einschließlich Koronarstents, künstlichen Muskeln und anderen Geräten, die sich im Körper anpassen und ihre Form verändern.

“Der 4D-Druck ist ein sich schnell entwickelndes Gebiet, das eigentlich nur durch die Vorstellungskraft begrenzt wird”, so Dr. Qiao. “Die spezifischen Nanopartikel, die wir verwenden, lassen unsere Materialien auf Laser reagieren. Andere 4D-gedruckte Materialien enthalten Bestandteile, die auf Wasser, Hitze, Säure, elektrische oder magnetische Energie reagieren. Die ersten Anzeichen für diese Technologie sind unglaublich vielversprechend, und das breite Spektrum möglicher Anwendungen ermutigt uns, unsere Forschung fortzusetzen.”