A) Biologisch abbaubare, essbare, sich verändernde hydraulische Aktuatoren werden unter Verwendung einer Tinte biologischen Ursprungs im FRESH-Druckverfahren hergestellt. B,C) Einzelne Aktoren wurden mithilfe von Bewegungsverfolgung, Kraft- und Druckmessungen charakterisiert. Maßstabsleiste: 5 mm. D) Dieser Ansatz kann verwendet werden, um kleine Soft-Robotersysteme herzustellen, die in der Lage sind, empfindliche Objekte zu handhaben, wie z. B. die hier gezeigte Manipulation der Meerestraube mithilfe eines FRESH-gedruckten Robotergreifers auf Alginatbasis. Maßstabsleiste: 5 mm. E) Unsere hydraulischen Aktuatoren biologischen Ursprungs sind biologisch abbaubar und für Meeresorganismen sicher essbar und können sicher verdaut werden (siehe Einschub). F) Vergleich des Gewichtshebeverhältnisses und der Abbauzeit zwischen FRESH-gedruckten Greifern in dieser Studie und repräsentativen weichen Robotergreifern, gruppiert und farbcodiert basierend auf Betätigungsmechanismen (auf Reize reagierende Polymere, hydraulische Betätigung, Formgedächtnislegierungen und -polymere, Elektro). -reaktive Polymere und zellenbetriebene Betätigung. Die Gewichtshebeverhältnisse werden wie in den Originalveröffentlichungen angegeben angezeigt, und die Abbauzeit wird basierend auf den Baumaterialien der weichen Greifer geschätzt. Credit: Fortschrittliche Funktionsmaterialien (2023). DOI: 10.1002/adfm.202303659
Traditionell werden weiche Roboter aus synthetischen Polymeren, Gummi und Kunststoffen hergestellt. Solche Materialien verleihen Soft-Robotern eine lange Lebensdauer und stabile Strukturen, können jedoch Risiken für die Umwelt darstellen, wenn sie während des Gebrauchs verloren gehen oder beschädigt werden. Forscher versuchen, dieses Risiko zu minimieren, indem sie neue Wege zum Bau natürlich zersetzbarer Roboter entwickeln.
Ein interdisziplinäres Team an der Carnegie Mellon University unter der Leitung von Victoria Webster-Wood und Adam Feinberg in Zusammenarbeit mit Carmel Majidi und Lining Yao entwickelt neue Wege zur Herstellung biologisch abbaubarer Aktuatoren für Meeresanwendungen. Mithilfe einer Biotinte aus Materialien, die aus gewöhnlichen Braunalgen gewonnen werden, identifizierte das Forschungsteam Designs und Druckparameter, die den Druck wasserdichter Strukturen mit der FRESH-Druckmethode ermöglichen.
„Wir freuen uns sehr, die Fertigungskapazitäten der FRESH-Druckmethode zu erweitern und sie für Soft-Roboter-Anwendungen zu optimieren“, erklärte Wenhuan Sun, MechE Ph.D. Student. „Die einzigartigen Vorteile von FRESH ermöglichen die Schaffung von Roboterstrukturen mit einer Kombination ungewöhnlicher Eigenschaften.“
Ihr Ansatz, kürzlich veröffentlicht in Fortschrittliche Funktionsmaterialienermöglicht die Herstellung kleiner, sehr weicher Aktuatoren, die sich ausdehnen, biegen und verdrehen können. Sie können auch zu Strukturen zum Greifen und Positionieren kombiniert werden. Die vom Forschungsteam verwendeten Tinten auf Algenbasis basieren auf Kalzium, um sich zu vernetzen und Gele zu bilden. Dies ermöglichte es den Forschern, die Materialeigenschaften zu nutzen, um Aktoren zu schaffen, die Form und Steifigkeit ändern können, indem sie den Vernetzungsgrad der Aktoren variieren.
„Wie bringen wir den Bedarf an fortschrittlichen weichen Roboterstrukturen mit den potenziellen Umweltauswirkungen in Einklang, die sich aus ihrer Herstellung ergeben? Wir glauben, dass die mit FRESH gedruckten biologisch abbaubaren Aktuatoren eine vielversprechende Lösung sind, und wir freuen uns darauf, weiterhin Verbesserungen vorzunehmen“, sagte Ravesh Sukhnandan , MechE Ph.D. Student.
Die Fähigkeiten der Aktuatoren enden hier jedoch nicht. Zusätzlich zu ihrer Roboterfunktionalität sind die Aktuatoren vollständig biologisch abbaubar und zersetzen sich unter natürlichen Meeresbedingungen innerhalb von sieben Tagen. Die Aktuatoren können auch von Meeresorganismen bedenkenlos verzehrt werden. Dies bedeutet, dass die Aktuatoren bei Verlust oder Beschädigung während des Gebrauchs ein minimales Risiko für die Umwelt darstellen.
In Zukunft hofft das Team, die Aktuatorleistung in natürlichen Umgebungen besser zu verstehen und diesen Druckansatz auf komplette Roboterstrukturen auszuweiten.
Mehr Informationen:
Wenhuan Sun et al., Biologisch abbaubare, nachhaltige Hydrogel-Aktuatoren mit Form- und Steifigkeitsänderungsfähigkeiten durch eingebetteten 3D-Druck, Fortschrittliche Funktionsmaterialien (2023). DOI: 10.1002/adfm.202303659
Bereitgestellt von der Carnegie Mellon University Mechanical Engineering
Zitat: Team druckt auf Algen basierende, biologisch abbaubare Aktuatoren (2023, 15. Juni), abgerufen am 17. Juni 2023 von https://techxplore.com/news/2023-06-team-seaweed-based-biodegradable-actuators.html
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