Биоразлагаемые мягкие роботы прокладывают путь к экологичной электронике и 3d-печати

Смешав желатин и сахар, исследователи создали биоразлагаемые чернила, с помощью которых они печатают мягких роботов в 3D. Гель можно повторно использовать для изготовления других роботов и объектов до пяти раз, прежде чем он потеряет свои механические свойства, после чего он разлагается, не оставляя следов.

Это достижение, о котором сообщается в журнале Science Robotics, прокладывает устойчивый путь вперед для областей 3D-печати и электроники, которые традиционно зависят от пластмасс на основе нефти.

В то время как роботы традиционно изготавливаются из металла и твердых пластмасс, растет интерес к созданию ботов с мягкими телами. Вдохновленные живыми существами, такими как осьминоги и черви, мягкие роботы могут протиснуться в тесные пространства, куда не могут протиснуться металлические роботы, оказаться полезными при проведении операций и гораздо лучше подходить для взаимодействия с людьми и животными.

Но материалы, используемые для изготовления мягких роботов, "часто не поддаются биологическому разложению или производятся из невозобновляемых ресурсов, способствуя постоянно растущему воздействию на окружающую среду", - пишут Флориан Хартманн, Мартин Кальтенбруннер и их коллеги из Университета Иоганна Кеплера в Линце.

Исследователи хотели создать перерабатываемый, биоразлагаемый материал, из которого можно было бы создавать сложные формы. Они разработали рецепт, состоящий из желатина, глюкозы, лимонной кислоты и глицерина. Лимонная кислота - это консервант, который предотвращает рост бактерий и плесени в сахарном геле, а глицерин помогает гелю сохранять форму в воде.

Тщательно регулируя соотношение глицерина и глюкозы, исследователи создали гель, который можно печатать в 3D-формате и растягивать в шесть раз без повреждений. Материал можно переплавить и использовать повторно еще пять раз, он полностью растворяется и исчезает, если его поместить в воду, компост или сточные воды на несколько часов.

Узнайте больше:  Самое полное исследование в истории показывает, какие "голубые продукты" являются самыми экологически чистыми
Используя этот материал, команда напечатала мягкого робота в форме пальца, движениями которого можно управлять с помощью сжатого воздуха. Они также интегрировали светодиоды и датчики света в 3D-печатные полоски, чтобы сделать растягивающийся датчик, который мог определять, как изменяется интенсивность света при сгибании и сжатии геля. Объединив палец и светочувствительное устройство, они создали мягкого робота, который мог обнаруживать окружающие его предметы и перемещать их с помощью толчка.

Механические свойства геля зависят от того, как долго его нагревают перед печатью, и от температуры печати. По словам исследователей, повысить пригодность материала к повторному использованию можно путем регидратации биогеля после использования, снижения температуры печати и увеличения скорости печати.

Они также надеются создать новые формулы гелей, которые легче печатать в более сложных формах. В конечном итоге, они надеются, что их устойчивая и экономически эффективная стратегия 3D-печати "вероятно, окажет положительное влияние на мягкую и совместную робототехнику благодаря уменьшению экологического следа".