Инженеры напечатали на 3D-принтере умные объекты со «встроенной логикой»

Москва, 11:25, 16 Янв 2019, редакция FTimes.ru, автор Евгения Ковалева.

Специалисты Пенсильванского университета использовали реагирующие на стимулы материалы и геометрические принципы, чтобы напечатать на 3D-принтере структуры со «встроенной логикой».

На работу команду вдохновили организмы, вроде венериной мухоловки, сообщает sciencedaily.com. Не имея мозга или нервной системы, растение способно принимать сложные решения, когда захватывать потенциальную добычу или отпускать несъедобный объект. Структуры специалистов, используя только свои физические и химические свойства, могут выбирать из списка возможных решений реакцию на конкретное воздействие.

Проект описан в журнале Nature Communications.

Объекты не имеют двигателей, батарей, приводов или процессоров. Но они могут переключаться между различными состояниями, реагируя на влажность или присутствие нефтепродуктов. Структуры были созданы на 3D-принтерах, работающих с несколькими материалами. За их поведение отвечает наличие логических ворот «если-то». Контролируя время действия каждого такого центра, ученые смогли добиться сложного механического поведения. Изделие, например, может лечь в основу устройства для определения качества воды, открывающегося для сбора образцов только при выявлении определенных химикатов или температуры.

Структуры были созданы под руководством адъюнкт-профессора Джордана Рене, чья лаборатория заинтересована в бистабильных конструкциях и чувствительных материалах. В прошлой работе специалист с коллегами показал, как печатать на 3D-принтере решетки из изогнутых кремниевых стержней. Под давлением они сцеплялись, но структуру было легко растянуть до начального состояния. Это бистабильное поведение зависело от угла стержня и соотношения его длины и ширины. Но исследователям нужно было ограничить его одним направлением.

В новом проекте специалисты дополнили конструкцию стеклянными или целлюлозными волокнами, расположенными параллельно длине решетки. Неэластичный каркас предотвращал растяжение стержней, но позволял увеличиваться пространству между волокнами. Это вело к расширению элементов.

Контроль позволил получать более сложные формы при изменении материала стержней. Ученые создали активные структуры из кремния и гидрогелей, поглощающие масло и воду соответственно. Изменение соотношения сторон и концентрации жестких внутренних волокон позволило создать приводы с разным уровнем чувствительности. Благодаря возможности печатать структуры из нескольких материалов, ученые смогли получить несколько реакций изменения формы на одном устройстве и даже выстроить их в последовательность. Авторы уверены, что концепция будет полезна для научной, медицинской, оборонной и других сфер.