可溶于水的机器人问世:明胶和糖 3D 打印而成

量子位 2022/3/1 13:55:35 责编:远洋

有这么一个能溶于水的机器人,最近登上了 Science 子刊,还是封面:

没错,就是身上装了压力感应器,可用游戏手柄操控的正经软体机器人:

能 360° 转圈,也能自主推开大铁球:

但放入水中,两天左右就能完全融化:

嗯…… 或许是因为这个机器人是由糖、柠檬酸、甘油一类的可食用原材料 3D 打印而成的,咂吧一口融化后的水,可能还有点甜味儿……

而这种材料最多可重复打印 5 次,同时还能保持 70% 以上的初始性能指标。对于每天都要产生超过 10 万吨科技垃圾的现代社会来说,可以说是一碗价值千金的糖水了。

可溶解的机器人

先来看看打印这样一个机器人所需的配料表:

  • 糖浆,7 克

  • 柠檬酸,1 克

  • 甘油,9 克

  • 去离子水,4 克

  • 明胶粉,6.66 克

(乍看还以为在做什么好吃的)

将糖浆加热到 60°,然后将柠檬酸和甘油溶解在去离子水中,再倒入糖浆搅拌,最后加入明胶粉,让其浸泡至少 24 小时。

然后将上述混合物在 85℃的烤箱中加热 1 小时 15 分钟,并在真空下的行星搅拌机中混合 3.5 分钟,得到均匀的溶液。

也就是一种特殊的生物凝胶“墨水”。

得到的这种墨水拥有 300% 的可拉伸性,可以进行全方位的运动,弯曲角度最高是 74°,可以拉伸到原来的 6 倍。

柠檬酸的加入则调节了 pH 值以防止细菌生长,这使得这种材质在污水中也能几天之内就完全酶解。

然后先打印一个柱状物:

机器人的一个特征就是“可感知变化作出反应“,所以接下来是打印一个可拉伸的波导(Waveguide)传感器:

打印出来的长条看上去像一个没有包层的“数据传输线”,只不过这条线在附在上述柱状物表面后,可以准确得感知其变形情况:

通过这种高精度的传感器网络,就能实时获取执行器的弯曲状态,感知到与周围物体的接触事件的信息。

于是,当研究者们加入了一些简单的这搜索和擦拭程序时,这种材料的软体机器人就能自主地定位其周围的障碍物,并通过推动将其移除。

就像开头所展示的推走大铁球一样。

这种材料所带来的高度可重复性,更自由的弯曲程度、更高的灵敏度将使得软体机器人能更好地应用在手术工具、康复设备、抓手、行走和游泳机器上

作者介绍

论文一作 A. HEIDEN 来自奥地利的约翰・开普勒林茨大学,目前为软体物质物理(Division of Soft Matter Physics)部门的一员:

论文:

https://www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.abk2119#

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关键词:机器人

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