Name: four-dimensional printing of stimuli-responsive hydrogel-based soft robots
Uploaded: 2023-01-13T13:10:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Four-Dimensional Printing of Stimuli-Responsive Hydrogel-Based Soft Robots at JoVE.com

Die Autoren danken für die Unterstützung durch das von der koreanischen Regierung (MSIT) finanzierte Stipendium der National Research Foundation of Korea (NRF) (No.2022R1F1A1074266).

Der stimuli-responsive Softgreifer bestand aus drei verschiedenen Arten von Hydrogelen: Hydrogel auf Basis von Hydrogelen auf Basis von nicht stimuli-responsivem Acrylamid (AAm), thermisch ansprechendem Hydrogel auf Basis von N-Isopropylacrylamid (NIPAM) und magnetisch ansprechendes Ferrogel (Abbildung 1). Die drei Hydrogeltinten wurden durch Modifizierung der zuvor veröffentlichten Methoden 29,30,31 hergestellt....

<ol>
	<li>Gracias, D. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stimuli+responsive+self-folding+using+thin+polymer+films.">Stimuli responsive self-folding using thin polymer films.</a> Current Opinion in Chemical Engineering. 2 (1), 112-119 (2013).</li><li>Zhang, Y. S., Khademhosseini, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Advances+in+engineering+hydrogels.">Advances in engineering hydrogels.</a> Science. 356 (6337), (2017).</li><li>Erol, O., Pantula, A., Liu, W., Gracias, D. 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A., Byun, M., Santangelo, C. D., Hayward, R. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+responsive+buckled+surfaces+by+halftone+gel+lithography.">Design responsive buckled surfaces by halftone gel lithography.</a> Science. 335 (6073), 1201-1205 (2012).</li><li>Breger, J. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Self-folding+thermo-magnetically+responsive+soft+microgrippers.">Self-folding thermo-magnetically responsive soft microgrippers.</a> ACS Applied Materials &amp; Interfaces. 7 (5), 3398-3405 (2015).</li><li>Schild, H. 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T., Gu, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stimuli-responsive+functional+materials+for+soft+robotics.">Stimuli-responsive functional materials for soft robotics.</a> Journal of Materials Chemistry B. 8, 8972-8991 (2020).</li><li>Kim, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Shape+morphing+smart+3D+actuator+materials+for+micro+soft+robot.">Shape morphing smart 3D actuator materials for micro soft robot.</a> Materials Today. 41, 243-269 (2020).</li><li>Ding, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multifunctional+soft+machines+based+on+stimuli-responsive+hydrogels:+From+freestanding+hydrogels+to+smart+integrated+systems.">Multifunctional soft machines based on stimuli-responsive hydrogels: From freestanding hydrogels to smart integrated systems.</a> Materials Today Advances. 8, 100088 (2020).</li><li>Wang, X., Jiang, M., Zhou, Z., Gou, J., Hui, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3D+printing+of+polymer+matrix+composites:+A+review+and+prospective.">3D printing of polymer matrix composites: A review and prospective.</a> Composites Part B: Engineering. 110, 442-458 (2017).</li><li>Bartlett, N. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+3D-printed,+functionally+graded+soft+robot+powered+by+combustion.">A 3D-printed, functionally graded soft robot powered by combustion.</a> Science. 349 (6244), 161-165 (2015).</li><li>Wehner, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+integrated+design+and+fabrication+strategy+for+entirely+soft,+autonomous+robots.">An integrated design and fabrication strategy for entirely soft, autonomous robots.</a> Nature. 536, 451-455 (2016).</li><li>Tibbits, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=4D+printing:+Multi-material+shape+change.">4D printing: Multi-material shape change.</a> Architectural Design. 84 (1), 116-121 (2014).</li><li>Gladman, A. S., Matsumoto, E. A., Nuzzo, R. G., Mahadevan, L., Lewis, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biomimetic+4D+printing.">Biomimetic 4D printing.</a> Nature Materials. 15, 413-418 (2016).</li><li>Momeni, F., Hassani, S. M., Liu, X., Ni, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+review+of+4D+printing.">A review of 4D printing.</a> Materials &amp; Design. 125, 42-79 (2017).</li><li>Ionov, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=4D+biofabrication:+Materials,+methods,+and+applications.">4D biofabrication: Materials, methods, and applications.</a> Advanced Healthcare Materials. 7 (17), 1800412 (2018).</li><li>Liu, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dual-gel+4D+printing+of+bioinspired+tubes.">Dual-gel 4D printing of bioinspired tubes.</a> ACS Applied Materials &amp; Interfaces. 11 (8), 8492-8498 (2019).</li><li>Son, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Untethered+actuation+of+hybrid+hydrogel+gripper+via+ultrasound.">Untethered actuation of hybrid hydrogel gripper via ultrasound.</a> ACS Macro Letters. 9 (12), 1766-1772 (2020).</li><li>Ding, Z., Salim, A., Ziaie, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Squeeze-film+hydrogel+deposition+and+dry+micropatterning.">Squeeze-film hydrogel deposition and dry micropatterning.</a> Analytical Chemistry. 82 (8), 3377-3382 (2010).</li><li>Ongaro, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Autonomous+planning+and+control+of+soft+untethered+grippers+in+unstructured+environments.">Autonomous planning and control of soft untethered grippers in unstructured environments.</a> Journal of Micro-Bio Robotics. 12, 45-52 (2017).</li><li>Scheggi, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Magnetic+motion+control+and+planning+of+untethered+soft+grippers+using+ultrasound+image+feedback.">Magnetic motion control and planning of untethered soft grippers using ultrasound image feedback.</a> 2017 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA). IEEE. , 6156-6161 (2017).</li></ol>

In Bezug auf die Materialauswahl für den Soft-Hybrid-Greifer wurde zunächst ein multi-responsives Materialsystem vorbereitet, das aus einem nicht stimuli-responsiven AAm-basierten Hydrogel, einem thermisch ansprechenden NIPAM-basierten Hydrogel und einem magnetisch ansprechenden Ferrogel besteht, damit der Soft-Hybrid-Greifer programmierbare Fortbewegung und Formumwandlung aufweisen kann. Aufgrund ihrer thermisch ansprechenden Quell-/Quelleigenschaften zeigen NIPAM-basierte Hydrogele Biegung, Faltung oder Faltenbildung...

Die Entwicklung von stimuli-responsiven Softrobotern ist sowohl aus technischer als auch aus intellektueller Sicht wichtig. Der Begriff stimuli-responsive Softroboter bezieht sich im Allgemeinen auf Geräte / Systeme, die aus Hydrogelen, Polymeren, Elastomeren oder Hybriden bestehen, die Formänderungen als Reaktion auf äußere Signale wie Wärme, pH-Wert und Licht 1,2,3,4 aufweisen. Unter den vielen stimuli-responsiven weichen Robotern führen N-Isopropylacrylamid (NIPAM) Hydrogel-basierte weiche Roboter die gewünschten Aufgaben oder Interaktionen durch spontane Formtransformation 5,6,7,8 aus. Im Allgemeinen weisen die NIPAM-basierten Hydrogele eine niedrige kritische Lösungstemperatur (LCST) auf, und Quellungen (Hydrophilie unterhalb der LCST) und Quellung (Hydrophobie über der LCST) treten innerhalb des Hydrogelsystems in der Nähe physiologischer Temperaturen zwischen 32 °C und 36 °C auf 9,10. Dieser reversible Quell-Entquellungsmechanismus in der Nähe des scharfen kritischen Übergangspunkts des LCST kann die Formtransformation von NIPAM-basierten Hydrogel-Softroboternerzeugen 2. Infolgedessen haben thermisch ansprechende NIPAM-basierte Hydrogel-Softroboter verbesserte Operationen wie Gehen, Greifen, Krabbeln und Erfassen, die in multifunktionalen Manipulatoren, Gesundheitssystemen und intelligenten Sensoren wichtig sind 2,3,4,11,12,13,14,15,16,17, 18,19,20,21.
Bei der Herstellung von stimuli-responsiven weichen Robotern wurden dreidimensionale (3D) Druckansätze unter Verwendung eines direkten Schicht-für-Schicht-additiven Verfahrens weit verbreitet22. Eine Vielzahl von Materialien, wie Kunststoffe und weiche Hydrogele, können mit 3D-Druck23,24 gedruckt werden. In jüngster Zeit wurde der 4D-Druck als innovative Technik zur Herstellung formprogrammierbarer weicher Roboter 25,26,27,28 ausführlich hervorgehoben. Dieser 4D-Druck basiert auf dem 3D-Druck, und das Hauptmerkmal des 4D-Drucks ist, dass die 3D-Strukturen ihre Formen und Eigenschaften im Laufe der Zeit ändern können. Die Kombination von 4D-Druck und stimuli-responsiven Hydrogelen hat einen weiteren innovativen Weg zur Herstellung intelligenter 3D-Geräte eröffnet, die im Laufe der Zeit ihre Form ändern, wenn sie geeigneten externen Reizauslösern wie Wärme, pH-Wert, Licht sowie magnetischen und elektrischen Feldern ausgesetzt sind25,26,27,28 . Die Entwicklung dieser 4D-Drucktechnik unter Verwendung verschiedener stimuli-responsiver Hydrogele hat die Möglichkeit geboten, formwandelbare Softroboter zu entwickeln, die Multifunktionalität mit verbesserten Reaktionsgeschwindigkeiten und Rückkopplungsempfindlichkeit aufweisen.
Diese Studie beschreibt die Entwicklung eines 3D-druckgetriebenen, thermisch ansprechenden Softgreifers, der Formumwandlung und Fortbewegung anzeigt. Insbesondere kann das beschriebene spezifische Verfahren verwendet werden, um verschiedene multifunktionale Weichroboter mit Gesamtgrößen im Millimeter- bis Zentimeterlängenbereich herzustellen. Schließlich wird erwartet, dass dieses Protokoll in mehreren Bereichen angewendet werden kann, darunter weiche Roboter (z. B. intelligente Aktuatoren und Fortbewegungsroboter), flexible Elektronik (z. B. optoelektrische Sensoren und Lab-on-a-Chip) und Gesundheitssysteme (z. B. Medikamentenverabreichungskapseln, Biopsieinstrumente und chirurgische Geräte).

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	<tbody>
		<tr>
			<td>2-Hydroxy-4&#39;-(2-hydroxyethoxy)-2-methylpropiophenone</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>410896-50G</td>
			<td>Irgacure 2959, photoinitiator</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3D WOX 2X</td>
			<td>sindoh</td>
			<td>n/a</td>
			<td>3D printer for fabricating a maze</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acrylamide</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>29-007</td>
			<td>&#8805;99%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Airbrush compressor</td>
			<td>WilTec</td>
			<td>AF18-2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ammonium persulfate</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>A4418</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Auto CAD</td>
			<td>Autodesk</td>
			<td>n/a</td>
			<td>software for computer-aided-design file</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BLX UV crosslinker</td>
			<td>BIO-LINK</td>
			<td>U01-133-565</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cartridge</td>
			<td>CELLINK</td>
			<td>CSC010300102</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Digital stirring Hot Plates</td>
			<td>Corning</td>
			<td>6798-420D</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fluorescein O-methacrylate</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>568864</td>
			<td>dye of AAm gel</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>INKREDIBLE+ bioprinter</td>
			<td>CELLINK</td>
			<td>n/a</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Iron(III) Oxide red</td>
			<td>DUKSAN general science</td>
			<td>I0231</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laponite RD</td>
			<td>BYK</td>
			<td>n/a</td>
			<td>nanoclay</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microcentrifuge tube</td>
			<td>SPL</td>
			<td>60615</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micro stirrer bar</td>
			<td>Cowie</td>
			<td>27-00360-08</td>
			<td>&#934;3&#215;<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/64870/64870img01.png" />0&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N, N, N&#39;, N&#39;-tetramethylethylenediamine</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>T7024-100ML</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N, N&#39;-methylenebisacrylamide</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>M7279</td>
			<td>&#8805;99.5%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N-isopropylacrylamide</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>415324-50G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Poly(N-isopropylacrylamide)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>535311</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rhodamine 6G</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>R4127</td>
			<td>dye of NIPAM gel</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Slic3r software (v1.2.9)</td>
			<td>Slic3r</td>
			<td>n/a</td>
			<td>open-source software to convert .stl file to gcode</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium hydroxide beads</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>S5881</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sterile high-precision conical bioprinting nozzles</td>
			<td>CELLINK</td>
			<td>NZ3270005001</td>
			<td>22 G, 25 G</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syringe</td>
			<td>Korea vaccine</td>
			<td>K07415389</td>
			<td>10 CC 21 G (1-1/4 INCH)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vortex mixer</td>
			<td>DAIHAN</td>
			<td>DH.WVM00030</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

four-dimensional printing of stimuli-responsive hydrogel-based soft robots

Das vorliegende Protokoll beschreibt die Erstellung von vierdimensionalen (4D), zeitabhängigen, formveränderbaren, stimuli-responsiven weichen Robotern unter Verwendung eines dreidimensionalen (3D) Biodruckverfahrens. In jüngster Zeit wurden 4D-Drucktechniken als innovative neue Methoden zur Entwicklung formwandelbarer weicher Roboter vorgeschlagen. Insbesondere die zeitabhängige 4D-Formtransformation ist ein wesentlicher Faktor in der Softrobotik, da sie effektive Funktionen zur richtigen Zeit und am richtigen Ort ermöglicht, wenn sie durch externe Signale wie Wärme, pH-Wert und Licht ausgelöst werden. Im Einklang mit dieser Perspektive können stimuli-responsive Materialien, einschließlich Hydrogele, Polymere und Hybride, gedruckt werden, um intelligente, formwandelbare weiche Robotersysteme zu realisieren. Das aktuelle Protokoll kann verwendet werden, um thermisch ansprechende Softgreifer herzustellen, die aus Hydrogelen auf N-Isopropylacrylamid (NIPAM)-Basis mit Gesamtgrößen von Millimetern bis Zentimetern Länge bestehen. Es wird erwartet, dass diese Studie neue Richtungen für die Realisierung intelligenter weicher Robotersysteme für verschiedene Anwendungen in intelligenten Manipulatoren (z. B. Greifern, Aktuatoren und Pick-and-Place-Maschinen), Gesundheitssystemen (z. B. Medikamentenkapseln, Biopsiewerkzeugen und Mikrooperationen) und Elektronik (z. B. tragbare Sensoren und Fluidik) aufzeigen wird.

Das Hydrogel auf NIPAM-Basis wurde bei der Entwicklung des thermisch ansprechenden Softgreifers aufgrund seiner scharfen LCST in erster Linie berücksichtigt, wodurch es signifikante Quell-Quelleigenschaften aufweist 9,10. Darüber hinaus wurde das AAm-basierte Hydrogel als ein nicht stimuli-responsives System betrachtet, um die Formtransformation des weichen Hybridgreifers zu maximieren und gleichzeitig die Delaminierung der Grenzfläche während mehrerer Heiz- ...

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Four-Dimensional Printing of Stimuli-Responsive Hydrogel-Based Soft Robots

Dieses Manuskript beschreibt eine 4D-Druckstrategie zur Herstellung intelligenter, auf Reize reagierender weicher Roboter. Dieser Ansatz kann die Grundlage für die Realisierung intelligenter, formwandelbarer weicher Robotersysteme bilden, einschließlich intelligenter Manipulatoren, Elektronik und Gesundheitssysteme.

Vierdimensionaler Druck von stimuli-responsiven Hydrogel-basierten Softrobotern

The present protocol describes the creation of four-dimensional (4D), time-dependent, shape-changeable, stimuli-responsive soft robots using a ...

Es wird erwartet, dass das vorgestellte Protokoll neue Richtungen für die Realisierung intelligenter, formwandelbarer, weicher Robotersysteme für verschiedene Anwendungen aufzeigt. Der zeitabhängige 4D-Druckprozess kann verschiedene stimuli-responsive Softroboter mit einem breiten Größenbereich von Millimetern bis Zentimetern erzeugen. Diese 4D-Bioprinting-Technik kann auf gezielte Medikamentenabgabe, Mikrochirurgie und weniger invasive Biopsie in der Gesundheitstechnik erweitert werden.Nur-Text-Informationen können Mehrdeutigkeit für die Leser schaffen, daher sind visuelle Demonstrationen unerlässlich, um die beabsichtigten Ergebnisse zu erzielen. Um die nicht stimuli-responsiven Hydrogel-Tinten auf Acrylamidbasis herzustellen, verdünnen Sie das Acrylamid, den Vernetzer und den Photoinitiator in entionisiertem Wasser mit einem Magnetrührer für 24 Stunden. Um die stimulierenden Hydrogeltinten auf N-Isopropylacrylamid-Basis herzustellen, verdünnen Sie N-Isopropylacrylamid, Propyl-N-isopropylacrylamid und den Photoinitiator in entionisiertem Wasser mit einem Magnetrührer für 24 Stunden.Dann fügen Sie Farbstoff zu Acrylamidgel und N-Isopropylacrylamid-Gel hinzu und wirbeln Sie das Schermittel, Laponite RD, bei 1150 Umdrehungen pro Minute oder mindestens sechs Stunden, bis sie vollständig verdünnt sind. Folgen Sie dann den Anweisungen im Text, um die Hydrogel-Tinte vorzubereiten. Zur Herstellung der Ferrogel-Tinten bereiten Sie zunächst A-Lösung und B-Lösung gemäß dem im Text beschriebenen Protokoll vor.Um die Polymerisation durchzuführen, werden 200 Mikroliter der A-Lösung und fünf Mikroliter der B-Lösung in ein Mikrozentrifugenröhrchen überführt und die Mischung 20 Sekunden lang gewirbelt. Generieren Sie mit der Slicer-Software einen G-Code für jede Struktur, die zuvor durch Optimierung des Greiferdesigns erstellt wurde. Weisen Sie eine Schichthöhe von 0,4 Millimetern zu.Eine Fülldichte von 75% und eine Druckgeschwindigkeit von 10 Millimetern pro Sekunde. Bearbeiten Sie die G-Code-Datei mit zwei Druckköpfen. Speichern Sie die G-Code-Datei auf einer sicheren Digital- oder SD-Karte, bevor Sie sie an den 3D-Drucker anschließen.Nachdem Sie die Hydrogel-Kartuschen auf Acrylamid- und N-Isopropylacrylamid-Basis an die jeweiligen Düsen angeschlossen haben, prüfen Sie, ob sich die beiden Druckköpfe der Kartuschen an der gleichen Position auf der Z-Achse befinden. Kalibrieren Sie dann die X- und Y-Koordinaten genau, um Fehlausrichtungen zwischen den beiden Düsen zu vermeiden. Stellen Sie nun den Druckdruck auf 20 bis 25 Kilopascal für das Hydrogel auf Acrylamidbasis und auf 10 bis 15 Kilopascal für das Hydrogel auf N-Isopropylacrylamidbasis ein.Wiederholen Sie die Schritte, nachdem jedes Muster vollständig gedruckt wurde, um das nächste zu drucken. Injizieren Sie vor der UV-Photohärtung die Magnetfeld-responsiven Ferrogel-Tinten mit einer Spritze in den anvisierten dünnen Lochbereich des 3D-gedruckten Softgreifers. Nach der Injektion des Ferrogels platzieren Sie die Greiferstruktur für sechs Minuten in einer UV-Quellenkammer mit einer Wellenlänge von 365 Nanometern.Nach der UV-Photohärtung wird die Greiferstruktur für mindestens 24 Stunden in ein entionisiertes Wasserbad überführt, bis sie einen vollständig geschwollenen Gleichgewichtszustand erreicht. Der Soft-Hybrid-Greifer übernahm eine Pick-and-Place-Aufgabe durch thermisch ansprechende Betätigung und magnetische Fortbewegung. Wenn die Temperatur über die niedrigere kritische Lösungstemperatur (LCST) stieg, quillte das Hydrogel auf N-Isopropylacrylamid-Basis an und schrumpfte, wodurch die Greiferspitze geschlossen wurde.Im Gegensatz dazu öffnete sich die Greiferspitze, wenn die Temperatur aufgrund des Quellns des Hydrogels auf N-Isopropylacrylamid-Basis unter die LCST sank. Der Greifer demonstrierte auch eine Pick-and-Place-Aufgabe in einem 3D-gedruckten Probenlabyrinth, das mit entionisiertem Wasser gefüllt war. Der Greifer im offenen Spitzenzustand wurde von einem externen Magneten von seiner Ausgangsposition zum Ziellachsrogen geführt.Als die Temperatur 40 Grad Celsius erreichte, schloss sich die Spitze des Greifers, um den Lachsrogen zu greifen. Der Greifer wurde im Halten des Lachsrogens aus dem Labyrinth geführt und setzte den intakten Lachsrogen im offenen Zustand bei Raumtemperatur von 25 Grad Celsius erfolgreich im Zielbereich frei. Bei der Kalibrierung der Koordinatenpunkte zwischen den beiden Düsen ist experimentelle Vorsicht geboten.Dieser Prozess erfordert viel Übung. Dieses spezifische Protokoll bildet die Grundlage für weitere signifikante Fortschritte bei der Realisierung präzise steuerbarer, hochempfindlicher und multifunktionaler Smart-Reize-responsiver Softroboter.

Research

JoVE Journal

Engineering

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Forschung

Ingenieurwesen

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