生分解性藻類ベースのアクチュエータの3Dプリント

生分解性藻類ベースのアクチュエータの3Dプリント
この投稿は warrior bear によって 2023-6-18 18:35 に最後に編集されました。

はじめに: 実験室外でのロボットの応用はますます一般的になりつつあります。テクノロジーの進歩に伴い、ロボットは製造、家庭清掃、配送サービス、捜索救助、そして脆弱な海洋生態系を含む世界中の厳しい環境の探査においてますます一般的になりつつあります。海洋科学の導入が進むにつれて、水中ロボットの導入による安全性と環境への影響を考慮する必要があります。配備中に生物と相互作用したり、紛失したり、損傷したりする可能性があります。残念ながら、既存のロボット技術の多くは、金属やプラスチックで構成された剛性アクチュエータに依存しており、接触や摂取によって水生生物に直接害を及ぼしたり、環境中に非生分解性物質が蓄積することによって間接的に害を及ぼしたりして、環境にリスクをもたらす可能性があります。
2023年6月18日、アンタークティックベアは、カーネギーメロン大学工学部の研究者たちが、自然に分解されるロボット(海藻を使用)を構築する新しい方法を開発することで、このリスクを最小限に抑えることを検討していることを知りました。 Victoria Webster-Wood教授とAdam Feinberg教授が率いる学際的研究チームは、Carmel Majidi教授とLining Yao教授と共同で、海洋用途の生分解性アクチュエータを製造するための新しい方法、FRESH印刷法を開発しました。研究チームは、褐藻由来の持続可能なバイオマテリアルであるアルギン酸カルシウムハイドロゲルから作られたバイオインクを使用して、FRESH印刷法で防水構造を印刷するための設計と印刷パラメータを決定しました。


このプロセスにより、従来の製造技術では実現が難しい複雑な形状や内部空洞を持つアクチュエータが可能になります。さらに、製造された成分は生分解性があり、摂取しても安全であり、海洋生物によって消化可能であることが示されました。最後に、アルギン酸アクチュエータの構造剛性と形態を動的に変化させるために、可逆的なキレート架橋機構が実装されました。この研究は、バイオベースの材料を使用した複雑なソフトデバイスの製造可能性を改善することにより、生分解性海洋ロボットの設計空間を拡大します。
FRESH 印刷方法に関する最新の研究結果は、「埋め込み 3D 印刷による形状と剛性の変形機能を備えた生分解性で持続可能なハイドロゲル アクチュエータ」という論文として、Advanced Functional Materials 誌に掲載されました。

関連論文リンク: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202303659
「FRESH 印刷法の製造能力を拡大し、ソフトロボット用途に最適化できることを嬉しく思います」と、カーネギーメロン大学機械工学部の博士課程に最近入学した Wenhuan Sun 氏は説明します。「FRESH 独自の利点により、珍しい特性の組み合わせを持つロボット構造の作成が可能になります。」
出典:バイオハイブリッドおよび有機ロボットグループ
FRESH 印刷方式により、伸縮、曲げ、ねじりが可能な小型で非常に柔らかいアクチュエータの製造が可能になります。グリップや位置決めのための構造に組み合わせることもできます。研究チームが使用した海藻ベースのインクは、カルシウムを利用して架橋しゲルを形成するため、研究者らは材料の特性を利用して、アクチュエーター内の架橋度を変えることで形状や剛性を変えることができるアクチュエーターを作成することができる。
3D プリントされたアルギン酸グリッパーは、壊れやすい海藻を安全に取り扱い、移動させることができます。出典: バイオハイブリッドおよび有機ロボティクス グループ。
機械工学科のラベッシュ・スクナンダン博士は次のように語っています。「高度なソフトロボット構造の必要性と、その製造による環境への影響とのバランスをどのように取ればよいのでしょうか。FRESH を使用して印刷された生分解性アクチュエータは有望なソリューションであると信じており、今後も改良を続けていきたいと考えています。」
ロボット機能に加えて、アクチュエータは完全に生分解性であり、自然の海洋条件下では 7 日以内に分解されます。アクチュエーターは海洋生物にとっても安全に食べられるため、使用中に紛失したり破損したりしても環境へのリスクは最小限に抑えられます。
アクチュエータ、海藻

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