Geometrisch nauwkeurige metamaterials vervormen on-demand

0
50

Doelgericht onvolkomenheden programma voorspelbaar knik in zachte materialen robotic

Bron: © Shahram Janbaz/Delft University of Technology

Een ontwerp werd getest als een kracht schakelen en liet zien dat het kan houden de kracht van een rauw ei bijna constant en onder 40N voor een groot scala van verplaatsingen

Onderzoekers in Nederland hebben vooruitgang geboekt in het creëren van zachte robots die kunnen interageren met delicate objecten door het ontwerpen van een serie van materialen die gesp en vervormen op een voorspelbare manier.

Robotachtige machines meestal roept beelden op van grote machines dragen van zware lasten. Dergelijke toepassingen vereisen harde materialen, die niet buigen of breken onder druk. Machines voor prothetische apparaten en robotic surgery, vereisen echter een zachter tintje.

Nu, een team geleid door Amir Zadpoor van de technische Universiteit Delft heeft een systeem bedacht voor het maken van zachte robot materialen, die bouwt op de macroscopische eigenschappen direct in de structuur van het materiaal. Zadpoor zegt het vinden van materialen die een dergelijke vervormbare eigenschappen in de natuur is niet mogelijk. ‘Geen materiaal uit de kast zou u deze eigenschappen; je hebt echt het ontwerpen. Met wat we maken, is er geen onderscheid tussen het materiaal en het apparaat.’

Zadpoor ‘s team gebruikte rekenkundige modellen te ontwerpen 3D-eenheid cellen met verschillende mechanische eigenschappen, bijvoorbeeld flexibel of stijf, dat kon combineren in verschillende ratio’ s tot het leveren van een reeks van materialen met verschillende eigenschappen. De ontwerpen kunnen dan worden de 3D geprinte precies zoals het ontworpen is. Door de delicate geometrische ontwerpen, in de groep de gelegenheid te geven blijk van een ongewone (en misschien een beetje intuïtief) dubbelzijdig, knik, waar het materiaal uitstulpingen naar buiten toe in twee richtingen onder de kracht in één richting.

De medische toepassingen van zulke zachte materialen liggen voor de hand. Echter, het is niet alleen in de chirurgie en prothetische dat deze materialen een impact kunnen hebben; de groep liet zien hoe deze materialen kunnen fungeren als een kracht schakelen, het voorkomen van overmatige kracht wordt toegepast op een ei eenmaal een drempel had bereikt, wordt met het materiaal te vervormen, in plaats van het ei gebarsten. ‘Je zou zelfs kunnen denken over een robot voor het sorteren van tomaten,’ voegt Zadpoor.

Bron: Shahram Janbaz/Delft University of Technology

Julia Greer, een materialen-expert bij het California Institute of Technology, VS, zegt dat de ontwerpen voor het leveren van uitzonderlijke controle. ‘Deze types van knik-modi openen nieuwe perspectieven voor het gebruik ontwerp van materialen en dit werk met elkaar verbindt veel van de concepten van het vouwen, origami, symmetrie en mechanische eigenschappen.’

Referenties

Dit papier is open access

S Janbaz et al, Mater. Horiz., 2019, 6, 1138 (DOI: 10.1039/c9mh00125e)

Alex Metherell