Первая в мире технология 4D-печати превращает серные отходы в самодвижущихся мягких роботов

Объединенная исследовательская группа разработала первую технологию 4D-печати из промышленных серных отходов, позволяющую создавать пригодных для вторичной переработки мягких роботов, которые автономно передвигаются в ответ на тепло, свет и магнитные поля.

Превращение отходов в роботов нового поколения.

Ежегодно в результате нефтепереработки образуются миллионы тонн элементарной серы в качестве побочного продукта, большая часть которой хранится или выбрасывается. Корейская исследовательская группа нашла способ превратить эти промышленные отходы в строительные блоки для самодвижущихся, полностью пригодных для вторичной переработки мягких роботов, используя метод 4D-печати, продемонстрированный впервые.

Группу возглавляли доктор Дон-Гюн Ким из Корейского научно-исследовательского института химических технологий (KRICT), профессор Чон Чжэ Ви из Университета Ханьян и профессор Ён Сок Ким из Университета Седжон.

Что делает его 4D?

Стандартная 3D-печать создает статичные объекты. 4D-печать добавляет элемент времени, создавая структуры, которые меняют форму или поведение после печати под воздействием внешних факторов.

Это стало возможным благодаря созданию нового класса богатых серой полимеров, называемых поли(фениленполисульфидными) сетями, или PSN, которые обладают свойствами памяти формы, определяемыми температурой стеклования.

После печати эти структуры могут менять форму под воздействием тепла или света. Им не нужны двигатели или механические детали. Добавив 20 процентов магнитных частиц, команда создала композитных роботов размером менее половины дюйма. Эти роботы могут свободно перемещаться, следуя за внешними магнитными полями.

Процесс сборки

Одна из примечательных особенностей этой технологии — способ соединения компонентов. Воздействие ближнего инфракрасного лазера в течение всего восьми секунд запускает реакцию химической сварки. Внутренние серные связи временно разрываются и восстанавливаются в месте соединения. Это позволяет сплавить напечатанные детали без использования клея.

Исследователи продемонстрировали потенциал своей технологии, собрав множество модульных конструкций, имитирующих сложные архитектурные формы. Среди них они создали миниатюрную версию культового храма Саграда Фамилия и детальную модель стадиона с раздвижной крышей.

Каждая из этих конструкций была создана из отдельных блоков, напечатанных методом 4D-печати, и все они способны изменять форму по команде, демонстрируя точность, универсальность и динамические возможности метода 4D-печати.

Полностью перерабатываемое производство замкнутого цикла.

Когда напечатанная структура отслужила свой срок, ее можно переплавить и использовать повторно в качестве нового печатного материала без потери качества или объема. Этот процесс позволяет непрерывно использовать материал, образуя, по словам исследователей, замкнутую, полностью перерабатываемую производственную систему, которая может значительно сократить количество отходов в передовом производстве.

Доктор Ким ясно описал значимость этого исследования. «Это исследование представляет собой первый пример переработки промышленных серных отходов в передовые материалы для робототехники», — сказал он . «Ожидается, что интеллектуальные материалы, способные к автономному перемещению и переработке, станут ключевыми факторами развития будущей мягкой робототехники и технологий автоматизации».

Почему это важно

Мягкая робототехника — машины, созданные из гибких, податливых материалов, а не из жесткого металла, — становится все более привлекательной для применения в медицине, доставке лекарств и высокоточном производстве. Ее главным ограничением являются сами материалы, которым часто не хватает сочетания прочности, адаптивности и долговечности, необходимых для реального использования.

Метод KRICT решает все три задачи. Он использует недорогие отходы, создает роботов, реагирующих на различные раздражители без внешнего источника питания, и полностью замыкает цикл переработки производственных отходов. Данное исследование было поддержано Национальным исследовательским фондом Кореи и Исследовательской лабораторией армии США.

Источник: https://interestingengineering.com/science/sulfur-waste-4d-printing-recyclable-soft-robots