Съвместен изследователски екип разработи първата технология за 4D печат, базирана на промишлени отпадъци от сяра, с която се произвеждат рециклируеми меки роботи, които се движат автономно в отговор на топлина, светлина и магнитни полета.

Всяка година при рафинирането на нефт се получават милиони тонове елементарна сяра като страничен продукт, голяма част от която се съхранява или изхвърля. Корейски изследователски екип е открил начин да превърне този промишлен отпадък в градивни елементи за самодвижещи се, напълно рециклируеми меки роботи, като използва метод за 4D печат, демонстриран за първи път.

Стандартният 3D печат създава статични обекти. 4D печатът добавя елемента на времето, създавайки структури, които променят формата или поведението си след печат, когато бъдат изложени на външни стимули.

Екипът на KRICT направи това възможно, като създаде нов клас полимери с високо съдържание на сяра, наречени поли (полифенилен сулфид) мрежи (PSN), които притежават свойства на „памет за формата“, зависещи от температурата на стъкляване.

Веднъж отпечатани, тези структури могат да променят формата си, когато са изложени на топлина или светлина. Те не се нуждаят от мотори или механични части. Чрез добавянето на 20 процента магнитни частици екипът създаде композитни роботи с размер по-малък от половин инч. Тези роботи могат да се движат свободно, следвайки външни магнитни полета.

Една от най-забележителните характеристики на тази технология е начинът, по който се съединяват компонентите. Излъчването на близки инфрачервени лазерни лъчи в продължение на само осем секунди предизвиква химична реакция на заваряване. Вътрешните серни връзки временно се разкъсват и се свързват отново в мястото на съединението. По този начин отпечатаните части се слепват без използване на лепило.

Изследователите демонстрираха потенциала на своята технология, като сглобиха различни модулни структури, проектирани да наподобяват сложни архитектурни форми. Сред тях те създадоха миниатюрна версия на емблематичната катедрала Саграда Фамилия и подробен модел на стадион с отварящ се покрив.

Всяка от тези структури беше изградена от индивидуално отпечатани блокове, всички от които са способни да променят формата си по команда, демонстрирайки прецизността, гъвкавостта и динамичните възможности на метода на 4D печат.

Когато дадена отпечатана структура достигне края на жизнения си цикъл, тя може да бъде претопена и преработена в нов материал за печат без загуба на качество или обем. Този процес позволява материалът да се използва многократно, като по този начин се създава това, което изследователите описват като производствена система със затворен цикъл, подлежаща на пълно рециклиране, която би могла значително да намали отпадъците в съвременното производство.

Меката роботика – машини, изработени от гъвкави и еластични материали, а не от твърд метал – става все по-привлекателна за приложения в медицината, доставката на лекарства и прецизното производство. Най-голямото им ограничение досега бяха самите материали, които често не притежават необходимата комбинация от здравина, реактивност и устойчивост за приложение в реални условия.

Методът KRICT решава и трите предизвикателства. Той използва евтини отпадъчни материали, създава роботи, които реагират на различни стимули без външно захранване, и затваря напълно цикъла на производствените отпадъци.

Снимка: Unsplash/Korea Research Institute of Chemical Technology (KRICT)

Виж още: Добавиха 1 TB SSD диск в новия MacBook Neo, счупвайки границата на Apple от 512 GB сторидж (ВИДЕО)