研究人員開發3D打印智能水凝膠，可在水下行走并拾取物體！
眾所周知，將3D打印與智能技術相結合，會帶來一些令人意想不到的結果，如可追蹤機器性能的金屬部件，可讓您的汽車在陽光下保持涼爽的窗戶，以及可改變顏色和形狀的墨水。現在，來自新不倫瑞克省羅格斯大學的研究人員開發出了一種3D打印智能凝膠，能夠抓住物體，移動物體，甚至在水下行走。
很明顯，這種來自Rutgers的新穎創新且具有獨特經驗的水凝膠在軟機器人和生物醫學領域中有各種各樣的應用。例如，3D打印的智能凝膠可能是創造人造心臟、胃和其他肌肉的第一步，以及應用在疾病診斷設備和藥物檢測、遞送。甚至有一天它可以通過創建模仿海洋生物的軟機器人，以在水下進行檢查。“我們的3D打印智能凝膠在生物醫學工程中具有巨大的潛力，因為它類似于人體內也含有大量水分并且非常柔軟的組織。它可以用于許多不同類型的模擬像章魚一樣的水生生物的水下設備，”該大學機械和航空航天工程系助理教授Howon Lee說。
最近，Lee還在ACS應用材料和接口雜志上發布了一項名為“用3D打印的電活性水凝膠進行軟機器人操作和運動”的新研究，并在文章中描述了這項新型智能技術。大韓民國研究生院機械和航空航天工程博士生Daehoon Han是該論文的主要作者，合著者包括前羅格斯大學生Cindy Farino、羅格斯的機械和航天工程博士生Chen Yang、前羅格斯博士后Tracy Scott、羅格斯的生物醫學工程博士生Daniel Browe、韓國高麗大學機械工程學院副教授Wonjoon Choi、羅格斯生物醫學工程系副教授Joseph W. Freeman和Lee。
摘要寫道：“作為柔性機器人和人造肌肉的潛在致動材料，表現出響應于電場的大變形的電活性水凝膠（EAH）受到高度關注。然而，由于使用傳統的二維（2D）制造方法，其應用受到限制。在這里，我們展示柔軟的機器人操縱和3D打印EAH微觀結構。通過基于數字光處理（DLP）的微型3D打印技術實現3D設計和精確的尺寸控制，實現了EAH的復雜3D動作。我們展示柔軟機器人的驅動，包括夾持和運輸物體以及雙向移動。”
像新型智能凝膠這樣的軟質材料具有靈活性，能夠小型化，并且通常比硬質材料便宜。與由硬質材料制成的復雜設備相比，使用軟質材料制造的設備通常更容易設計和控制。羅格斯研究中心圍繞著研究團隊的3D打印水凝膠，通過電力激活后，可以移動甚至改變形狀。Lee解釋說：“這項研究展示了我們的3D打印技術如何擴展這種智能凝膠的設計、尺寸和多功能性。我們的微型3D打印技術使我們能夠創造前所未有的動作。”
水凝膠可以在各種場所找到，比如尿布、隱形眼鏡、果凍糖，以及人體。這些獨特的材料，即使其水含量超過70％，仍將保持穩定。在DLP 3D打印過程中，光線投射到對光敏感的溶液上，然后變成水凝膠。然后將凝膠放入稱為電解質的咸水溶液中，之后運動由兩根施加電的細線觸發。
其結果是一英寸高且類似于人類行走的水凝膠。Lee說，其可以前進、逆向過程、抓住和移動物體。Lee還解釋說，水凝膠由于其含水量高、材料柔和，以及對電力的響應等因素，類似于收縮肌肉。研究人員可以通過改變尺寸來控制智能水凝膠的移動速度。例如，薄凝膠移動速度快于厚的凝膠。電場和鹽水溶液的強度決定了凝膠的彎曲運動和形狀變化。
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