4D-Druck: Laser-gesteuerte formveränderliche Flüssigmetalle für die Softrobotik

Wissenschaftler des Australian Institute for Bioengineering and Nanotechnology (AIBN) an der University of Queensland (UQ) haben eine Methode entwickelt, um formveränderliche Flüssigmetalle für die Softrobotik herzustellen. Die Forscher verwenden dazu ein sogenanntes 4D-Druck-Verfahren.

Das 4D-Druckverfahren ist eine Erweiterung des 3D-Druckverfahrens, schreiben die Wissenschaftler der UQ in ihrem wissenschaftlichen Artikel "3D-printed liquid metal polymer composites as NIR-responsive 4D printing soft robot", der in Nature Communications erschienen ist. Mit dem 4D-Druckverfahren werden feste Objekte aus Materialien hergestellt, die ihre Form ändern können, sobald sie bestimmten Reizen von außen ausgesetzt werden. Das können etwa Wärme, Wasser oder Licht sein.

Gedruckt werden die 4D-Strukturen mit neuartigen Flüssigmetallpolymeren, die etwa mittels Laserlicht dazu angeregt werden, ihre Form zu verändern und dadurch mechanische Aufgaben erfüllen können.

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"Beim 4D-Druck wird dem herkömmlichen 3D-Druck eine neue Dimension hinzugefügt – die Dimension der Zeit", erläutert Dr. Liwen Zhang, leitender Forscher des Projekts, das Verfahren. "Mit unserer Methode können wir intelligente Flüssigmetalle herstellen, die individuell angepasst und geformt werden können und sich mit der Zeit verändern, ohne dass Drähte oder Schaltkreise dazu benötigt werden."

Konkret verwendeten die Wissenschaftler kugelförmige Flüssigmetall-Nanopartikel, um daraus Druckharze herzustellen. Diese reagieren auf Nahinfrarotlicht. Dadurch können die gedruckten Objekte etwa durch Laserlicht dazu gebracht werden, ihre Form zu verändern. In andere Druckmaterialien eingebrachte Nanopartikel lassen die Objekte auf Wasser, Hitze, Säure oder elektrische und magnetische Energie reagieren. Daraus könnten dann etwa Greifer für Roboter sowie andere bewegliche Robotik-Teile hergestellt werden. Zang ist sich sicher, dass diese Technik einen Wendepunkt in der additiven Fertigung darstellt und eine neue Ära für Robotikanwendungen einläutet.

Bisher befindet sich das Verfahren noch in einem frühen Stadium, die Anwendungsgebiete gehen jedoch deutlich über den Einsatz in der Robotik hinaus. Die Wissenschaftler nennen etwa die Verwendung in der Luftfahrt- und Medizintechnik. So könnten etwa Koronarstents, künstliche Muskeln sowie andere medizinische Objekte, die in den menschlichen Körper eingepflanzt werden, ihre Form verändern und sich dem Körper anpassen.

Auch andere mit dem Verfahren gedruckte Objekte sind denkbar. So könnten etwa klimareaktive Kleidungsstücke damit geschaffen werden oder Baumaterialen bis hin zu selbst zusammensetzbaren Möbeln, die nach dem Druck individuell angepasst und geformt werden können.

Die Wissenschaftler wollen angespornt durch das mögliche breite Anwendungsspektrum ihre Forschungsarbeit nun verstärkt fortsetzen.

(olb)