Revoluce v robotice: 4D tisk mění sírový odpad na autonomní a plně recyklovatelné roboty

Společný výzkumný tým vyvinul první technologii 4D tisku, která využívá průmyslový sírový odpad k výrobě recyklovatelných měkkých robotů. Tyto roboty se dokážou autonomně pohybovat v reakci na teplo, světlo a magnetická pole.

Společný výzkumný tým vyvinul první technologii 4D tisku, která využívá průmyslový sírový odpad k výrobě recyklovatelných měkkých robotů. Tyto roboty se dokážou autonomně pohybovat v reakci na teplo, světlo a magnetická pole. Inovace mění miliony tun elementární síry, vedlejšího produktu rafinace ropy, v užitečný materiál pro novou generaci robotiky. Tým vedli Dr. Dong-Gyun Kim z Korejského institutu chemické technologie (KRICT), profesor Jeong Jae Wie z Hanyang University a profesor Yong Seok Kim ze Sejong University.

Zatímco standardní 3D tisk vytváří statické objekty, 4D tisk přidává prvek času, což umožňuje strukturám měnit tvar nebo chování po vytištění v reakci na vnější podněty. Vědci dosáhli tohoto pokroku vytvořením nové třídy polymerů bohatých na síru, nazvaných poly(fenylen polysulfidové) sítě (PSN), které mají vlastnosti tvarové paměti. Tyto struktury mohou měnit tvar při vystavení teplu nebo světlu a nepotřebují motory ani mechanické části. Přidáním 20 procent magnetických částic tým vytvořil kompozitní roboty menší než půl palce, které se mohou volně pohybovat podle vnějších magnetických polí.

Jednou z pozoruhodných vlastností této technologie je způsob spojování komponent. Osvícení blízkým infračerveným laserem po dobu pouhých osmi sekund vyvolá chemickou svařovací reakci, při níž se vnitřní sírové vazby dočasně přeruší a znovu spojí v místě spoje, čímž se tištěné díly spojí bez lepidla. Vědci demonstrovali potenciál technologie sestavením modulárních struktur, jako je miniaturní Sagrada Família a model stadionu se zatahovací střechou, které se všechny dokážou měnit na povel.

Tato technologie umožňuje plně recyklovatelnou výrobu s uzavřeným cyklem. Když tištěná struktura doslouží, může být roztavena a znovu použita jako nový tiskový materiál bez ztráty kvality nebo objemu. Tento proces umožňuje nepřetržité opětovné použití materiálu, což výrazně snižuje odpad v pokročilé výrobě. Dr. Kim zdůraznil, že tato studie představuje první příklad upcyklace průmyslového sírového odpadu na pokročilé robotické materiály. Měkká robotika, která využívá flexibilní materiály namísto pevných kovů, je stále atraktivnější pro aplikace v medicíně, dodávání léků a přesné výrobě. Hlavním omezením byly dosud materiály, kterým často chyběla kombinace pevnosti, citlivosti a udržitelnosti. Metoda KRICT řeší všechny tyto výzvy: využívá levný odpadní materiál, vytváří roboty reagující na několik podnětů bez externího napájení a plně uzavírá výrobní cyklus odpadu. Výzkum byl podpořen Národní výzkumnou nadací Koreje a Výzkumnou laboratoří americké armády a jeho výsledky byly publikovány v časopise Advanced Materials.