瑞典林雪平大學(xué)的一個研究小組通過使用定制的基于擠壓的3D打印機，開發(fā)了一套用于微型機器人的微致動器。這些致動器包含一種電活性聚合物，該聚合物在電荷存在時會改變形狀，這使它們在3D打印后具有4D能力。
雖然4D打印的軟機器人通常僅限于灰度或百萬分之一，但特別開發(fā)的技術(shù)允許研究人員將其執(zhí)行機制縮小到微米級，厚度約為20微米。他們聲稱他們的定制機具有多功能和可擴展性，并期望通過從未見過的復(fù)雜微型機器人“拓寬軟機器人技術(shù)的范圍”。
電活性聚合物技術(shù)
電活性聚合物(EAP)技術(shù)是許多軟機器人設(shè)備背后的驅(qū)動力。它描述了一種材料，當(dāng)它受到電荷時可以被激活或啟動。在軟機器人中，這相當(dāng)于肌肉收縮(通常看起來像肌肉收縮)。
根據(jù)研究人員的說法，試圖減小EAP致動器的尺寸經(jīng)常會遇到挑戰(zhàn)。光刻等微加工技術(shù)可以實現(xiàn)較低的驅(qū)動電位和較高的功率重量比，但往往涉及復(fù)雜的加工。這使得它們很難與當(dāng)前的市場和技術(shù)相結(jié)合。
此時，快速原型制造提供了很多好處，能源成本可以大大降低，廢物產(chǎn)生可以減少十倍。最后，該團(tuán)隊認(rèn)為，這可能會使EAP設(shè)備更便宜，在更廣泛的應(yīng)用中更可行。
4D印刷微驅(qū)動器
研究的第一階段是制造打印機。該機器基于三軸可編程數(shù)控平臺，配有高精度液體分配系統(tǒng)。連接到分配系統(tǒng)的是5mL鎖定注射器，以便通過平臺的橫向移動來控制擠出速度。該小組使用商業(yè)上可獲得的載玻片作為建筑板。
他們首先在玻璃片上放一層薄薄的金，只有40納米厚，形成導(dǎo)電層。然后，研究人員使用注射器將單層紫外光固化聚氨酯丙烯酸酯凝膠分散到導(dǎo)電層上。凝膠將繼續(xù)形成微致動器的“主體和臂”。一旦凝膠在紫外光下完全固化，該團(tuán)隊將在金片的另一面沉積一層聚吡咯(EAP)。
該團(tuán)隊設(shè)法多次重復(fù)這一過程，打印出長度從5000微米到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)，他們可以驅(qū)動電勢低至1V的設(shè)備，而其他3D打印方法的電勢一般在1kV以上。科學(xué)家認(rèn)為，他們的工作顯示了通過3D打印技術(shù)開發(fā)的低成本微型機器人小型化的巨大潛力。
更多研究細(xì)節(jié)可以在題為“用于軟微型機器人的3D打印微型致動器”的論文中找到。本文由Manav Tyagi、Geoffrey M. Spinks和Edwin W.H. Jager撰寫。