将机器人技术嵌入我们的日常生活中,有望创造机器辅助环境、支持医疗保健和康复,或增强虚拟现实交互的触觉感觉。大自然给软机器人技术带来了非常多的灵感来源。然而,目前涉及的材料通常是不可生物降解的,或来自不可再生资源,导致环境足迹不断增长。此外,传统的制造方法,如铸模,不适合用于复制或模仿大自然创造的复杂性。因此,需要在开发新的制造程序的同时,还是需要纳入可持续性概念。
明胶是一种多功能的生物聚合物,可以进行熔融挤出,并且当甲基丙烯酸酯化时,可以进行基于光聚合的打印。然而,市售的生物绘图仪或直接激光书写系统成本非常高,并且基本上只能产生具有中等拉伸性的小尺寸(微米到毫米)物体。软机器人的快速原型制作对厘米大小、高度可拉伸的致动器和传感器的低成本三维 (3D) 打印有着很高的需求。保持技术的可持续性还需要有效地重复利用以前的印刷材料以节省资源并建立除生物降解之外的生态回收路线
于此,奥地利约翰·开普勒林茨大学M. Kaltenbrunner、F. Hartmann等人报告了一种基于熔融沉积建模的定制3D打印工艺,将完全可生物降解的明胶水凝胶(biogel)墨水打印成尺寸稳定的复杂物件。
本文要点:
1)该工艺可以快速且经济高效地从凝胶中制作出弹性、柔软的机器人应用原型,该凝胶的长度是原始长度的六倍,并且可以实现零浪费的可回收程序。
2)展示了以快速响应时间(不到一秒)执行全向运动的打印气动执行器,具有集成的 3D 打印可拉伸波导,能够进行本体感觉和外部感觉。这些软设备具有动态实时控制功能,能够自动搜索和清除障碍物。它们可以多次重印或在其使用寿命结束时无害地处理,这可能为软机器人开启可持续发展的未来。
参考文献:
3D printing of resilient biogels for omnidirectional and exteroceptive softactuators. Science Robotics 2022.
DOI:10.1126/scirobotics.abk2119
https://www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.abk2119