使用明膠和糖作為墨水列印 3D 軟機器人
[導讀]：
約翰內斯開普勒大學林茨分校的一組研究人員使用可生物降解材料作為墨水來列印 3D 軟機器人。在他們發表在《科學機器人》雜誌上的論文中，該小組描述了他們如何開發墨水以及它的效能如何。新加坡國立大學的 Yu Jun Tan 在同一期刊上發表了一篇焦點文章，概述了研究人員在用可生物降解材料製造機器人時面臨的問題以及奧地利團隊所做的工作。
如圖。1. 具有整合波導感測器的可持續 3D 列印軟致動器。(A) 可生物降解的成分為軟機器人實現從搖籃到搖籃的設計，其中熱可逆性為多次使用和延長壽命打開了一個額外的子迴圈。(B) 具有纖維增強和整合光學感測器的三腔氣動執行器。感測器檢測致動器路徑中的障礙物並允許移除物體。(C) 當浸入水中時，明膠致動器和波導會膨脹並溶解。在汙水或堆肥中實現完全的生物降解。
在過去的幾年裡，研究人員一直在開發軟體機器人方面取得了進展，因其用於製造它們的軟材料而得名。這種機器人通常是用來模仿生活在水中的生物。研究人員相信，這項技術有朝一日會導致微型軟機器人的發展，這些機器人可以在體內遊動以分配藥物或修復受損組織。在大多數情況下，軟機器人都是由不可生物降解的材料製成的，因為可生物降解的材料有侷限性，包括在水中的溶解、成型和有限的使用壽命。在這項新的研究中，研究人員使用糖和明膠來製造類似果凍的物體。新增其他材料使他們的作品不那麼容易發黴（檸檬酸），並且在浸入水中時更具彈性（甘油）。他們現在已經嘗試了各種配方，以建立可用於製作 3D 物件的墨水。
用於可持續軟機器人技術的基於明膠的生物凝膠的 3D 列印。
為了使用他們創造的材料，他們將其加熱到柔軟的程度，使其能夠透過列印噴嘴噴出，並在寒冷的房間裡執行印表機，讓墨水迅速凝固。為了測試他們的方法，該團隊首先建立了一個按計劃工作的軟氣動執行器。他們指出，執行器可以放回印表機中，以便重複使用墨水。該團隊接下來列印了與 LED 燈配合使用的可拉伸波導感測器。然後，他們將波導與執行器結合起來，創造了一個功能強大的軟機器人. 接下來，他們將三個波導連線在一起，並將它們連線到一個按鈕控制器上，然後該控制器可用於改變波導的變形程度。
印刷可拉伸波導感測器
隨著對裝置功能的需求不斷增長，軟機器人需要本體和外部感受解決方案，以實現受控導航和與環境的互動。可拉伸波導網路為實現觸控和身體變形的空間分辨感測提供了一種經濟的選擇。特別是，有損波導（有或沒有包層）在拉伸時對長度變化表現出高度敏感性。它們可以由各種材料製成，例如有機矽彈性體、紫外線 (UV) 可固化樹脂或水凝膠 ( 28 – 31 )。明膠基材料受益於它們的熱塑性，允許透過熔融擠出大規模製造波導（17) 或者，如此處所示，透過 3D 列印進行快速、多功能的生產。
我們列印了沒有直接從我們的生物凝膠墨水包覆的波導，以使用與長度相關的損耗來傳輸光以感知變形。
3D 列印明膠基可拉伸波導。
( A ) 明膠波導傳輸紅色 LED 的光。( B ) 折射率隨環境條件下儲存時間的變化。高含水量m w生物凝膠的折射率由於水分蒸發而增加，但透過增加甘油含量m gly會受到抑制。虛線代表理論模型。擬合引數見表 S2。對於各自的組成化合物，請參見表 S3。誤差帶： n = 5 個樣本的 SD 。( C ) 波導拉伸到超過 40% 應變的大變形。( D) 拉伸時由於長度變化而導致的透射光強度變化。應變響應在 10 個連續拉伸和釋放迴圈到 20% 應變，然後是 10 個迴圈到 40% 應變期間沒有顯示滯後。（E）波導彎曲實驗的疊加影象。( F ) 由於彎曲半徑的變化，透射光強度的變化表現出線性行為。( G ) 帶有觸控響應波導的控制器墊。佈置了三個波導感測器以解析六個輸入按鈕。( H ) 在兩個波導的交叉點上施加壓力會導致特定的強度下降，這是按下按鈕的特徵。
