3D-принтер превратил обычную бумагу в электрический актуатор

Инженеры из США и Китая научились создавать из бумаги актуаторы сложной формы, приводимые в движение электричеством. 3D-принтер печатает на нужных частях листа дорожки из проводящего полимера, которые расширяются при пропускании через них тока и заставляют всю конструкцию изгибаться заданным образом. Также этим методом можно создавать из бумаги простые сенсоры прикосновения, рассказывают авторы в работе, которая будет представлена на конференции CHI 18.

Обычно для приведения в движение роботов и других механизмов используются электромоторы, но исследователи разрабатывают и необычные приводы и актуаторы. Они особенно выгодны при создании небольших или необычных по форме устройств, для которых сложно создать миниатюрный и легкий мотор. Частый недостаток таких актуаторов заключается в том, что при их создании используются сложные методы и их нелегко адаптировать для конкретной задачи.

Группа инженеров под руководством Линина Яо (Lining Yao) из Университета Карнеги — Меллона создала простой метод создания актуаторов сложной формы. Они состоят из двух компонентов — обычной офисной бумаги и полимера полилактида с добавлением графена, который делает его проводящим. Инженеры выбрали довольно популярный подход — их актуатор состоит из двух слоев, один из которых может управляемо расширяться и изгибать всю конструкцию. В предложенной инженерами схеме за расширение отвечает слой проводящего полимера, который нагревается и расширяется при пропускании через него электрического тока.

Для создания простых роботов с такими актуаторами разработчики создали специальную программу, в которой пользователь может сконструировать робота и, управляя расположением проводящих дорожек на бумаге, задать его движения, которые можно сразу проверить с помощью симуляции. После этого разработанная модель отправляется на FDM-принтер, наносящий полимерные дорожки на обычную бумагу, из которой затем нужно вырезать робота.

Эту технологию можно использовать и для создания простых датчиков прикосновения. Поскольку принтер печатает зигзагообразные дорожки, нажимая на них пальцем или другим проводящим объектом человек снижает сопротивление всего участка цепи. Измеряя сопротивление на внешнем приборе можно определять простое прикосновение к сенсору, а если он имеет достаточно большую длину, то можно даже использовать его как слайдер, определяя положение пальца в реальном времени.

Недавно корейские исследователи создали необычного «робота», который также использует для движения расширение одного из слоев конструкции. Этот слой расширяется от влажности, а высота робота подобрана таким образом, что, находясь над влажной поверхностью, он может самостоятельно двигаться вперед без каких-либо внешних воздействий.

Григорий Копиев