Про це пише видання Interesting Engineering.

Головна ідея методу в тому, що здатність рухатися закладається прямо під час друку. Це спрощує створення м’яких роботів і прибирає багато складних етапів, які раніше ускладнювали їхнє проєктування.

М’яких роботів виготовляють з гнучких і безпечних для людини матеріалів. Їх розглядають для використання в хірургії, промисловості та роботах із крихкими предметами. Проте керувати їхнім рухом було складно, адже традиційні методи вимагали форм, багатошарового лиття та складного складання.

Новий підхід замінює ці процеси одним етапом 3D-друку. Принтер створює довгі гнучкі волокна з точно розміщеними порожніми каналами всередині. Коли в ці канали подається повітря, конструкція згинається в заданому напрямку.

Роботу очолили аспірант Джексон Вілт і колишня постдокторантка Наталі Ларсон у лабораторії Дженніфер Льюїс у Гарвардській школі інженерії та прикладних наук. Команда об’єднала кілька вже відомих технологій друку в один метод, який дозволяє швидко змінювати дизайн без створення нових форм.

Ключовим елементом стала так звана ротаційна мультиматеріальна 3D-друк. Одне сопло принтера одночасно подає кілька матеріалів. Під час обертання сопла дослідники контролюють, де саме всередині волокна розташовуються різні матеріали.

У результаті друкували волокна з міцною поліуретановою оболонкою та внутрішнім гелевим стрижнем, подібним до речовин, які використовують у засобах для волосся. Після застигання оболонки гель вимивали, і всередині залишалися порожні канали для подачі повітря. Саме вони й забезпечують рух.

Залежно від розташування каналів волокно може згинатися, скручуватися або стискатися у чітко заданий спосіб. За словами Джексона Вілта, команда використовує два матеріали з одного сопла, а його обертання дозволяє запрограмувати напрямок згинання робота під час надування. Він також зазначив, що мета роботи полягає у створенні м’яких роботів, натхненних біологічними формами, для різних застосувань.

На відміну від традиційного виробництва, нова технологія не потребує лиття, герметизації та багатокрокового складання. Зміни в конструкції можна вносити просто через налаштування друку.

Щоб продемонструвати можливості методу, дослідники надрукували спіральний елемент у формі квітки, який розкривається і закручується при подачі повітря. Також вони створили захоплювач у формі руки з п’ятьма пальцями та чітко сформованими суглобами, показавши, що складний рух можна отримати за один друк.

Оскільки конструкції виготовляють з гнучких і потенційно біосумісних матеріалів, технологію можуть застосовувати в хірургічній робототехніці, допоміжних пристроях і системах взаємодії людини з машинами. Вона також може бути корисною для інструментів, які працюють з делікатними предметами.

Наталі Ларсон і Джексон Вілт зазначають, що цей підхід змінює уявлення про створення м’яких роботів, адже функції закладаються безпосередньо в матеріал під час друку, а не додаються пізніше.