可生物降解的软机器人手指通过 3D 打印窥探循环经济

上周，在讨论部分由麦麸废料制成的新型打印长丝时，我提到更多地探索可生物降解的打印材料可能是提高增材制造 (AM) 技术净可持续性的最佳长期解决方案。最近的另一个项目——这个项目涉及一种用于制造具有柔软身体的机器人的可生物降解墨水，由奥地利林茨约翰内斯·开普勒大学的一个研究小组创建——更清楚地说明了这些考虑因素的重要性，而增材制造的普遍采用将继续下去增加。

该项目的结果发表在《科学机器人》杂志上，该项目涉及在过去几年中受到越来越多关注的技术：由基于明胶的材料制成的软机器人。当运动的灵活性是优先考虑时，柔软或“柔软”的机器人可能会很有用，而这对于更硬的传统机器人来说要困难得多。它们的设计灵感通常来自自然现象——被称为仿生学的不断增长的工程技术类别中的一个例子。例如，一些最早的 3D 打印软机器人示例是直接模仿章鱼身体移动的方式。下面的视频（由大众科学提供) 显示了另一个研究团队开展的类似项目。

软机器人领域的最新阶段，即上述向可生物降解材料的发展，由于与明胶相关的问题而有所停滞，明胶是研究人员用于制造更环保机器人的主要成分。一方面，明胶很容易发霉。另一方面，正如物理学家弗洛里安哈特曼（与林茨团队一起参与该项目）所解释的那样，明胶越干燥，它变得越脆，导致基于明胶的机器人即使在少量拉伸下也会破裂。

这些是奥地利研究人员解决的主要问题。林茨团队采用之前其他工程师在类似项目中使用的明胶和糖的基准配方，添加了柠檬酸和甘油。前一种修改解决了模具问题，而后一种修改使材料更具弹性而不会断裂。此外，正如早期研究人员还表明的那样，明胶在固化速度和准备使用速度方面比用于 3D 打印软机器人的聚合物具有显着优势。

在 3D 打印机器人手指后，该团队将其包裹在主要由乙醇和虫胶组成的材料条中，并包含 LED 和光传感器。这使得手指对光敏感，工程师可以通过向其吹压缩空气来控制机器人。空气改变了光线照射机器人的角度，外部材料对光线的变化做出反应，因此，手指按照操作员所需的方向移动。对于此类实验，这是一个相当标准的设置。林茨的研究人员特别简单地用 Raspberry Pi 和 PlayStation 4 控制器构建了他们的系统。在实验中，研究人员展示了如何引导机械手指将物体从其上敲开。

根据发表在《科学机器人》杂志上的研究，该团队配制的材料可以在变得无用之前再熔化和重复使用五次，并且一旦放入水、堆肥或污水中几个小时后就会完全溶解。尽管该技术仍处于早期阶段，但这项最新研究意义重大，因为它解决了两个主要问题，因为该解决方案使未来的研究人员更有可能认真对待该想法并认为值得继续发展。

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