تتيح تقنية جديدة الطباعة ثلاثية الأبعاد باستخدام نطاق أوسع بكثير من المواد. لقد سمح للباحثين بطباعة الروبوتات التي تحاكي الوظائف البيولوجية المهمة، وفتح عالم من الإمكانيات الجديدة والمثيرة للآلات الإلكترونية.
حتى وقت قريب، العديد من الإمكانيات الأكثر إثارة التي تقدمها الطباعة ثلاثية الأبعاد الحديثة تم إعاقتها بسبب الحاجة التي لا يمكن تجنبها إلى البوليمرات سريعة المعالجة – في الأساس، يحتاج البلاستيك أو المواد الأخرى المطبوعة إلى التثبيت بسرعة كبيرة.
بعد ذلك، عندما يتم بناء الهياكل طبقة تلو الأخرى، تحتاج الطابعات إلى إزالة أي عيوب في البوليمرالمودع حديثًا، قبل أن تتراكم الأخطاء في الطبقات اللاحقة.
لا تستطيع تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد الحالية طباعة الروبوتات ذات الهياكل والوظائف المعقدة للكائنات الحية.
قبل أن يحدث هذا النحت، يحتاج البوليمر إلى التصلب بأسرع ما يمكن تحت الضوء فوق البنفسجي، مما يمنع تراكم أي بوليمرغير معالج على الكاشطة ولكن نظرًا لأن عددًا محدودًا فقط من البوليمرات يمكنه معالجة هذه المشكلة بسرعة، فقد قيدت هذه الخطوة بشدة مجموعة متنوعة من المواد المتاحة للطباعة ثلاثية الأبعاد.
وفي نهاية المطاف، أدت هذه النكسة إلى الحد من تعقيد الهياكل المطبوعة ثلاثية الأبعاد، حتى في أحدث أجيال الطابعات. على وجه الخصوص، هذا يعني أننا لم نقم بعد بطباعة الروبوتات التي يمكنها محاكاة الهياكل والوظائف المعقدة للكائنات الحية، والتي تتكيف للعمل في بيئاتها الطبيعية.
ولتقليد هذه السلوكيات، يجب أن تكون الطابعات ثلاثية الأبعاد قادرة على الجمع بين هياكل صلبة متعددة باستخدام روابط ناعمة ومرنة ــ مما يتيح للروبوتات التي يمكنها أداء مهام مثل تحمل الأحمال الثقيلة والتحرك فوق التضاريس غير المستوية. ومع ذلك، في غياب أي وسيلة لتسوية العيوب في البوليمرات الأبطأ في المعالجة – والتي تعرض مجموعة أكبر بكثير من الخصائص المفيدة – ظل هذا الهدف بعيد المنال حتى الآن.
التقنية الجديدة
تعاون فريق من الباحثين في ETH Zurich في سويسرا مع Inkbit، وهي شركة ناشئة مقرها في ميدفورد، ماساتشوستس، متخصصة في الطباعة ثلاثية الأبعاد المتقدمة.
في دراسة جديدة نُشرت في مجلة Nature، قدم فريق من الباحثين برئاسة توماس بوشنر في مختبرالروبوتات الناعمة التابع لـ ETH زيوريخ تقنية أطلقوا عليها اسم “النفث المتحكم في الرؤية” ” vision-controlled jetting ” بعد ترسيب طبقة جديدة من البوليمر، يتم استخدام المسح بالليزرلإنشاء خريطة ثلاثية الأبعاد لعيوبها، بدقة تصل إلى عشرات النانومترات فقط
عندما تمر فوهة الطباعة بعد ذلك على السطح، فإنها تستخدم هذه الخريطة لضبط كمية البوليمر التي ترسبها في الطبقة التالية بذكاء – مما يؤدي إلى تنعيم أي عيوب في الوقت الفعلي، دون الحاجة إلى الكشط أو النحت. بعد ذلك، يتم مسح العيوب الموجودة في الطبقة الجديدة، وتتكرر الدورة.
الروبوتات: من خلال القضاء على أي حاجة للكشط، تمكن فريق بوشنر من استخدام المزيد من المواد وطباعة مجموعة واسعة من الروبوتات المعقدة، ومحاكاة مجموعة متنوعة من الوظائف البيولوجية.
وتضمنت يداً آلية مكتملة بالعظام والأربطة والأوتار، والتي يمكنها تحريك كل إصبع من أصابعها بشكل مستقل. سمحت له هذه البراعة بالإمساك بالأشياء بقوة بما في ذلك القلم ومجموعة المفاتيح وزجاجة الماء.
ابتكر الباحثون روبوتًا يمشي
يستخدم الطاقة المخزنة في الهواء المضغوط لتحريك أطرافه، مما يسمح له بالتنقل عبر الأسطح الوعرة التي لا يمكن التنبؤ بها. علاوة على ذلك، قاموا بتصميم مضخة يمكنها محاكاة نبض القلب، واستخدامها للتحكم بدقة في تدفق السائل بين سلسلة من الخزانات.
الخطط المستقبلية
يأمل فريق Buchner في استكشاف إمكانيات النفث المتحكم فيه بالرؤية بشكل أكبر في أبحاثهم المستقبلية – حيث تخطط Inkbit الآن لتقديمها كخدمة لعملائها. وبالفعل، يبدو أن هذا الابتكار يمهد الطريق لتطورات جديدة ومثيرة في مجال الروبوتات، وربما يقربنا خطوة أخرى من الروبوتات المطبوعة ثلاثية الأبعاد والتي يمكنها محاكاة وظيفة أجسامنا بشكل لا تشوبه شائبة.
via: Nature
