3Dプリントに基づく磁気ソフトロボット

3Dプリントに基づく磁気ソフトロボット
出典: Wukong Printing Studio

MITの科学者チームが、3Dプリントをベースにした磁気ソフトロボットを設計しました。このロボットは、ゲームコントローラーで「ジャンプ」、「転がる」、「登る」などの動作を制御でき、プログラミングを通じてさまざまな機能を実現できます。


背景紹介 光、熱、電気に反応し、3次元的に形状を変えることができるソフトマテリアルは、ソフトロボティクス、フレキシブル電子デバイス、バイオメディカルなど幅広い用途に応用されています。特に、磁場は、遠隔の密閉空間での制御を必要とする生物医学分野に安全かつ効果的な制御方法を提供することができます。

革新


図 1: 3D 印刷ノズルの設計 チームは、磁化可能な鉄 - ネオジム - ホウ素合金の微粒子とフュームドシリカのナノ粒子で構成された特殊な印刷インクを使用しました。シリコン樹脂に含まれるフュームドシリカは、インク書き込みに必要な機械的特性を誘発するレオロジー改質剤であり、インクがノズルをスムーズに通過して層ごとに積み重ねられることを保証します。同時に、印刷ノズルに磁場が適用され、磁場を使用して粒子の方向を調整し(粒子は磁場の方向に沿って配置されます)、パターン化を実現できます。



図 2: モデル開発 研究チームは、磁場下で 3D プリントされたプログラムされた強磁性ドメインの構造変化を予測するモデルを開発しました。彼らはモデルに基づいて、適用範囲内で 0.5 秒以内に急速に収縮し、磁場が除去されると元の形状に戻ることができる機械的メタマテリアルを設計しました。磁場駆動を使用すると、直接接触する必要がなくなります。


図 3: 機能概略図 評価後、この 3D プリントされた磁性軟質材料は、0.1 秒~ 0.5 秒以内に 0.15 ~ 0.25 のひずみレベルを持ち、22.3kwm-3 ~ 309.3kwm-3 の電力密度範囲を提供し、既存の 3D プリントされた形状変化材料をはるかに上回っています。

今後の展望<br /> 彼らの新しい 3D 印刷方法は、製造プラットフォームとして、さまざまな種類のエラストマーとハイドロゲル マトリックス、および磁性粒子を使用したさまざまな複合インクに拡張できます。将来的には、形状プログラム可能なソフトマテリアルの設計と製造において、磁区マップ、磁化強度、作動場といった新しい設計パラメータを導入する予定です。

さらに、磁場に基づいて、制約のない、複雑で高速な形状移動を実現する柔らかい材料の遠隔制御駆動は、フレキシブルエレクトロニクス、生体医療機器、その他の分野への応用に新たな可能性をもたらします。
生物学、医学

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