Robot 3D từ một khối lộn ngược và có thể bước ra khỏi máy in

Hồi tháng 3 năm nay, chúng ta đã được biết đến một con robot hexapod được tạo ra tại UC San Diego, Mỹ được in 3D trong một bước liên tục kéo dài 58 giờ. Con robot này không được cung cấp năng lượng bởi động cơ mà bằng khí nén, giúp di chuyển các chân của nó về phía trước theo trình tự. Robot bốn chân mới, được thiết kế bởi các nhà khoa học tại Đại học Edinburgh, Scotland cũng được điều khiển bằng không khí.

Tuy nhiên, không giống như robot UC San Diego, nó "chỉ" mất chín giờ để in. Hơn nữa, trong khi robot San Diego được tạo ra bằng máy in 1.000 đô la Mỹ, thì bot Edinburgh được tạo ra bằng nền tảng mã nguồn mở có giá khoảng 500 đô la có tên là Flex Printer, được chế tạo từ các thành phần có sẵn.

Giống như người robot của Mỹ, robot Scotland được in hoàn toàn bằng nhựa nhiệt dẻo polyurethane (TPU) mềm dẻo. Vật liệu đó ban đầu là một sợi được nung nóng đến điểm nóng chảy, sau đó được đùn ra khỏi vòi phun in để tạo thành thân robot theo từng lớp liên tiếp.

Tuy nhiên, vì TPU nóng chảy rất mềm nên rất khó để làm việc. Một lý do nữa là thay vì nằm theo những đường thẳng (hoặc cong) đẹp mắt khi được đùn ra, nó có xu hướng cong sang một bên. Các nhà khoa học mô tả quá trình đùn giống như "cố gắng đẩy một đoạn dây".

Ngoài ra, trước khi TPU nóng chảy nguội lại thành độ đặc hơn (nhưng vẫn đàn hồi), lực hấp dẫn khiến nó bị chảy xệ. Điều này đặc biệt có vấn đề khi in các cấu trúc giống như cầu treo theo chiều ngang, vì hành động chảy xệ thực sự có thể ngăn các lớp TPU kết nối với nhau và hợp nhất với nhau.

Vấn đề cong vênh chủ yếu được giải quyết bằng cách chuyển sang sợi TPU có đường kính rộng hơn và do đó chắc chắn hơn, phổ biến hơn. Làm như vậy khiến vật liệu đùn khó cong vênh hơn bảy lần khi thử nghiệm.

Vấn đề chảy xệ đã được giải quyết bằng cách đảo ngược quy trình in 3D. Thay vì thả TPU xuống một bệ in, vòi phun của Máy in Flex đẩy nó lên một bệ in, vật liệu bám vào đó cho đến khi được thả ra một cách có chủ đích. Theo cách này, trọng lực thực sự giúp các lớp TPU kết hợp lại với nhau, vì mỗi lớp mới dính được ép vào lớp treo trước đó. Khi quá trình in hoàn tất, khay in sẽ được lật lại để robot nằm đúng mặt.

Sau đó, con robot được nối với một thiết bị được gọi là bộ dao động vòng khí nén, cung cấp luồng khí 2,25 bar xung động vào các kênh bên trong cơ thể robot. Áp suất không khí tuần tự kích hoạt hai bộ truyền động dây chằng ở mỗi chân, giúp di chuyển chi theo chiều ngang, cùng với một bộ truyền động chân nâng chi lên khỏi mặt đất.

Mặc dù robot cụ thể được chế tạo trong nghiên cứu này thực chất chỉ là một sản phẩm trình diễn, nhưng người ta hy vọng rằng công nghệ nguồn mở này có thể giúp thúc đẩy sự phát triển của các robot thân mềm được sử dụng trong các ứng dụng như thám hiểm, y học cũng như tìm kiếm và cứu nạn.

"Sử dụng nền tảng mới của chúng tôi, bất kỳ ai cũng có thể dễ dàng in những thứ mà trước đây được cho là không thể", kỹ sư Maks Gepner của Đại học Edinburgh, người dẫn đầu nghiên cứu cùng với Giáo sư Adam A. Stokes, cho biết. "Nếu không có những nút thắt cổ chai lâu đời trong sản xuất và thiết kế kìm hãm, chúng tôi tin rằng robot mềm đã sẵn sàng tạo ra tác động lớn trong thế giới thực".