瑞典研究人員4D打印微米級軟體機器人

2020年8月10日，南極熊從外媒獲悉，來自瑞典林雪平大學的一個研究小組，利用定制的基于擠出的3D打印機開發(fā)了一套用于微型機器人的微型執(zhí)行器。這些致動器包含一種電活性聚合物，在電荷存在的情況下會改變形狀--在3D打印后，賦予了它們4D能力。

雖然4D打印的軟機器人通常僅限于厘級或毫級，但特別開發(fā)的技術(shù)允許研究人員將他們的執(zhí)行機制縮小到微米領(lǐng)域，厚度在20微米左右。他們聲稱他們的定制機器具有多功能性和可擴展性，并期望通過以前未曾見過的復雜的微型機器人來 "拓寬軟機器人技術(shù)的范圍"。

最小的4D打印微型機器人，照片來自林雪平大學

電活性聚合物技術(shù)

電活性聚合物（EAP）技術(shù)是許多軟性機器人設(shè)備背后的驅(qū)動力。它描述的是當受到電荷的作用時，能夠激活或啟動的材料。在軟性機器人中，這與肌肉收縮相當（并且通常看起來像肌肉收縮）。

根據(jù)研究人員的說法，試圖縮小EAP致動器的規(guī)模往往會遇到挑戰(zhàn)。光刻技術(shù)等微細加工技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)更低的致動電位和更高的功率重量比，但往往涉及復雜的加工。這使得它們難以與當前的市場和技術(shù)相結(jié)合。

這時，快速成型制造提供了大量的好處，能源成本可以大幅削減，廢物生產(chǎn)可以減少十倍。最終，該團隊認為，這可能會使EAP設(shè)備的成本更低，并在更廣泛的應用中具有可行性。

4D打印微執(zhí)行器

研究的第一階段是打印機的制造。該機器的基礎(chǔ)是一個三軸可編程數(shù)控平臺，配備了一個高精度的液體分配系統(tǒng)。與點膠系統(tǒng)相連接的是一個5mL鎖定注射器，從而通過平臺的橫向運動來控制擠出速度，該團隊使用市售的玻璃玻片作為構(gòu)建板。

他們首先在玻璃片上放置了一層薄薄的金，只有40納米厚，以形成導電層。然后，研究人員用注射器將一層單層的紫外線固化聚氨酯丙烯酸酯凝膠分散到導電層上。該凝膠將繼續(xù)形成微執(zhí)行器的 "身體和手臂"。一旦凝膠在紫外光下完全固化，該團隊就會在金片的另一面沉積一層聚吡咯（EAP）。

定制的3D打印機，圖片來自林雪平大學

該團隊設(shè)法多次重復這一過程，打印出長度從5000微米一直到1000微米的微致動器。他們開發(fā)的最薄的微致動器只有20微米厚。研究人員發(fā)現(xiàn)，他們可以用小到1V的電勢來驅(qū)動設(shè)備，而其他3D打印方法的電勢一般為1kV以上。科學家們認為，他們的工作為通過3D打印技術(shù)開發(fā)的低成本微型機器人的小型化展示了巨大的潛力。

更多的研究細節(jié)可以在題為 ‘3D Printing Microactuators for Soft Microrobots’ 的論文中找到。該論文由Manav Tyagi、Geoffrey M. Spinks和Edwin W.H. Jager共同撰寫。

編譯自：3dprintingindustry