研究人员开发3D打印智能水凝胶，可在水下行走并拾取物体
发布时间：2018-05-22
众所周知，将3D打印与智能技术相结合，会带来一些令人意想不到的结果，如可追踪机器性能的金属部件，可让您的汽车在阳光下保持凉爽的窗户，以及可改变颜色和形状的墨水。现在，来自新不伦瑞克省罗格斯大学的研究人员开发出了一种3D打印智能凝胶，能够抓住物体，移动物体，甚至在水下行走。
很明显，这种来自Rutgers的新颖创新且具有独特经验的水凝胶在软机器人和生物医学领域中有各种各样的应用。例如，3D打印的智能凝胶可能是创造人造心脏、胃和其他肌肉的第一步，以及应用在疾病诊断设备和药物检测、递送。甚至有一天它可以通过创建模仿海洋生物的软机器人，以在水下进行检查。
“我们的3D打印智能凝胶在生物医学工程中具有巨大的潜力，因为它类似于人体内也含有大量水分并且非常柔软的组织。它可以用于许多不同类型的模拟像章鱼一样的水生生物的水下设备，”该大学机械和航空航天工程系助理教授Howon Lee说。
最近，Lee还在ACS应用材料和接口杂志上发布了一项名为“用3D打印的电活性水凝胶进行软机器人操作和运动”的新研究，并在文章中描述了这项新型智能技术。
大韩民国研究生院机械和航空航天工程博士生Daehoon Han是该论文的主要作者，合着者包括前罗格斯大学生Cindy Farino、罗格斯的机械和航天工程博士生Chen Yang、前罗格斯博士后Tracy Scott、罗格斯的生物医学工程博士生Daniel Browe、韩国高丽大学机械工程学院副教授Wonjoon Choi、罗格斯生物医学工程系副教授Joseph W. Freeman和Lee。
摘要写道：“作为柔性机器人和人造肌肉的潜在致动材料，表现出响应于电场的大变形的电活性水凝胶（EAH）受到高度关注。然而，由于使用传统的二维（2D）制造方法，其应用受到限制。在这里，我们展示柔软的机器人操纵和3D打印EAH微观结构。通过基于数字光处理（DLP）的微型3D打印技术实现3D设计和精确的尺寸控制，实现了EAH的复杂3D动作。我们展示柔软机器人的驱动，包括夹持和运输物体以及双向移动。”
像新型智能凝胶这样的软质材料具有灵活性，能够小型化，并且通常比硬质材料便宜。与由硬质材料制成的复杂设备相比，使用软质材料制造的设备通常更容易设计和控制。
罗格斯研究中心围绕着研究团队的3D打印水凝胶，通过电力激活后，可以移动甚至改变形状。
Lee解释说：“这项研究展示了我们的3D打印技术如何扩展这种智能凝胶的设计、尺寸和多功能性。我们的微型3D打印技术使我们能够创造前所未有的动作。”
水凝胶可以在各种场所找到，比如尿布、隐形眼镜、果冻糖，以及人体。这些独特的材料，即使其水含量超过70％，仍将保持稳定。
在DLP 3D打印过程中，光线投射到对光敏感的溶液上，然后变成水凝胶。然后将凝胶放入称为电解质的咸水溶液中，之后运动由两根施加电的细线触发。
其结果是一英寸高且类似于人类行走的水凝胶。Lee说，其可以前进、逆向过程、抓住和移动物体。Lee还解释说，水凝胶由于其含水量高、材料柔和，以及对电力的响应等因素，类似于收缩肌肉。研究人员可以通过改变尺寸来控制智能水凝胶的移动速度。例如，薄凝胶移动速度快于厚的凝胶。电场和盐水溶液的强度决定了凝胶的弯曲运动和形状变化。
