Итальянские исследователи из Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) в Генуе создали 4D-печатного биоразлагаемого мягкого робота, который меняет форму в зависимости от изменения влажности и может перемещаться по почве. Устройство имеет большой потенциал в качестве нового инструмента для мониторинга окружающей среды.
4D-печать - это процесс использования 3D-печати для создания объектов, которые могут менять свою форму или свойства в зависимости от факторов окружающей среды, таких как свет и температура. Теперь технология была использована для создания мягкого робота, способного анализировать почву. Исследователи черпали вдохновение в структуре семян южноафриканской герани (Pelargonium appendiculatum), которые меняют форму в зависимости от влажности окружающей среды.
"Наши исследования начались с наблюдения за природой, с целью имитировать стратегии живых существ или их структуры и воспроизвести их в роботизированных технологиях с низким воздействием на окружающую среду с точки зрения энергии и загрязнения", - сказала Барбара Маццолай, автор-корреспондент исследования.
Семена южноафриканской герани используют свои гигроскопические свойства (способность поглощать водяные пары из воздуха), отделяясь при соответствующих условиях окружающей среды. После отсоединения они меняют форму и самостоятельно проникают в почву, увеличивая шансы на прорастание.
Тщательно изучив структуру и биомеханику семени растения, исследователи воспроизвели его с помощью комбинации методов 3D-печати и электроспиннинга (способа получения полимерных волокон в результате действия электростатических сил на электрически заряженную струю полимерного раствора или расплава).
Исследователи использовали моделирование методом послойного наплавления (FDM) для печати слоя подложки из поликапролактона (PCL), биоразлагаемого полиэфира с низкой температурой плавления, который был активирован с помощью кислородной плазмы, чтобы сделать его более гидрофильным. Затем на подложку добавили электросплетенные гигроскопичные волокна, состоящие из оболочки из полиэтиленоксида и сердцевины из нанокристаллов целлюлозы.
В ходе испытаний мягкий робот исследовал образец почвы, адаптируя свою форму для взаимодействия с ее шероховатостями и трещинами. Он был очень энергоэффективным и мог поднимать груз, примерно в 100 раз превышающий собственный вес.
"Этим последним исследованием мы еще раз доказали, что можно создавать инновационные решения, которые не только ставят перед собой задачу мониторинга благополучия нашей планеты, но и делают это, не изменяя ее", - сказал Маццолай.
Исследователи надеются, что низкая стоимость, простота конструкции и возможности сбора данных устройства будут особенно полезны в отдаленных районах. Исследование "4D Printing of Humidity-Driven Seed Inspired Soft Robots" было опубликовано в журнале Advanced Science.