研究人員開發(fā)3D打印智能水凝膠，可在水下行走并拾取物體！
眾所周知，將3D打印與智能技術相結合，會帶來一些令人意想不到的結果，如可追蹤機器性能的金屬部件，可讓您的汽車在陽光下保持涼爽的窗戶，以及可改變顏色和形狀的墨水。現(xiàn)在，來自新不倫瑞克省羅格斯大學的研究人員開發(fā)出了一種3D打印智能凝膠，能夠抓住物體，移動物體，甚至在水下行走。
很明顯，這種來自Rutgers的新穎創(chuàng)新且具有獨特經(jīng)驗的水凝膠在軟機器人和生物醫(yī)學領域中有各種各樣的應用。例如，3D打印的智能凝膠可能是創(chuàng)造人造心臟、胃和其他肌肉的第一步，以及應用在疾病診斷設備和藥物檢測、遞送。甚至有一天它可以通過創(chuàng)建模仿海洋生物的軟機器人，以在水下進行檢查。“我們的3D打印智能凝膠在生物醫(yī)學工程中具有巨大的潛力，因為它類似于人體內也含有大量水分并且非常柔軟的組織。它可以用于許多不同類型的模擬像章魚一樣的水生生物的水下設備，”該大學機械和航空航天工程系助理教授Howon Lee說。
最近，Lee還在ACS應用材料和接口雜志上發(fā)布了一項名為“用3D打印的電活性水凝膠進行軟機器人操作和運動”的新研究，并在文章中描述了這項新型智能技術。大韓民國研究生院機械和航空航天工程博士生Daehoon Han是該論文的主要作者，合著者包括前羅格斯大學生Cindy Farino、羅格斯的機械和航天工程博士生Chen Yang、前羅格斯博士后Tracy Scott、羅格斯的生物醫(yī)學工程博士生Daniel Browe、韓國高麗大學機械工程學院副教授Wonjoon Choi、羅格斯生物醫(yī)學工程系副教授Joseph W. Freeman和Lee。
摘要寫道：“作為柔性機器人和人造肌肉的潛在致動材料，表現(xiàn)出響應于電場的大變形的電活性水凝膠（EAH）受到高度關注。然而，由于使用傳統(tǒng)的二維（2D）制造方法，其應用受到限制。在這里，我們展示柔軟的機器人操縱和3D打印EAH微觀結構。通過基于數(shù)字光處理（DLP）的微型3D打印技術實現(xiàn)3D設計和精確的尺寸控制，實現(xiàn)了EAH的復雜3D動作。我們展示柔軟機器人的驅動，包括夾持和運輸物體以及雙向移動。”
像新型智能凝膠這樣的軟質材料具有靈活性，能夠小型化，并且通常比硬質材料便宜。與由硬質材料制成的復雜設備相比，使用軟質材料制造的設備通常更容易設計和控制。羅格斯研究中心圍繞著研究團隊的3D打印水凝膠，通過電力激活后，可以移動甚至改變形狀。Lee解釋說：“這項研究展示了我們的3D打印技術如何擴展這種智能凝膠的設計、尺寸和多功能性。我們的微型3D打印技術使我們能夠創(chuàng)造前所未有的動作。”
水凝膠可以在各種場所找到，比如尿布、隱形眼鏡、果凍糖，以及人體。這些獨特的材料，即使其水含量超過70％，仍將保持穩(wěn)定。在DLP 3D打印過程中，光線投射到對光敏感的溶液上，然后變成水凝膠。然后將凝膠放入稱為電解質的咸水溶液中，之后運動由兩根施加電的細線觸發(fā)。
其結果是一英寸高且類似于人類行走的水凝膠。Lee說，其可以前進、逆向過程、抓住和移動物體。Lee還解釋說，水凝膠由于其含水量高、材料柔和，以及對電力的響應等因素，類似于收縮肌肉。研究人員可以通過改變尺寸來控制智能水凝膠的移動速度。例如，薄凝膠移動速度快于厚的凝膠。電場和鹽水溶液的強度決定了凝膠的彎曲運動和形狀變化。
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