Forscher der School of Engineering and Applied Science der University of Pennsylvania haben mehr Magie als Ingenieurwesen. hergestellt Objekte ohne Gehirn oder Nervensystem, die in der Lage sind, anspruchsvolle Entscheidungen zu treffen, eine Funktion, die sie als "verkörperte Logik" bezeichnen. Das Beste ist, dass die Objekte 3D-gedruckt sind!
Inspiriert von der Venusfliegenfalle
Die Ingenieure ließen sich von der Fähigkeit der hirnlosen Venusfliegenfalle inspirieren, entweder potenzielle Beute zu fangen oder das abzulehnen, was sie nicht essen kann.
Durch das Spielen mit "auf Reize ansprechenden Materialien und geometrischen Prinzipien" entwarf das Forscherteam Strukturen, die in der Lage sind, über geeignete Reaktionen auf Umwelteinflüsse zu entscheiden, indem sie "nur physikalische und chemische Zusammensetzung" verwenden.
Um dies zu erreichen, verwendeten die Ingenieure bistabile Strukturen, da sie eine von zwei Konfigurationen unbegrenzt halten können.
"Die Bistabilität wird durch die Geometrie bestimmt, während die Reaktionsfähigkeit von den chemischen Eigenschaften des Materials abhängt", sagte Jordan Raney, Assistenzprofessor am Department of Mechanical Engineering and Applied Mechanics von Penn Engineering.
"Unser Ansatz verwendet den 3D-Druck mit mehreren Materialien, um diese separaten Felder zu überbrücken, sodass wir die Reaktionsfähigkeit des Materials nutzen können, um die geometrischen Parameter unserer Strukturen auf die richtige Weise zu ändern."
Dies bedeutet, dass die 3D-gedruckten Objekte des Teams als Reaktion auf das vorgegebene Umweltphänomen verschiedene Konfigurationen annehmen können.
Ohne Gehirn, Nervensystem, Motoren oder Batterien reagieren die Objekte auf Änderungen der Umweltreize wie Feuchtigkeit.
Spielen mit mehreren Faktoren
"Dieses bistabile Verhalten hängt fast ausschließlich vom Winkel der Balken und dem Verhältnis zwischen Breite und Länge ab", erklärte Raney.
"Durch das Komprimieren des Gitters wird elastische Energie im Material gespeichert. Wenn wir die Umgebung kontrollierbar nutzen könnten, um die Geometrie der Träger zu ändern, würde die Struktur nicht mehr bistabil sein und würde notwendigerweise ihre gespeicherte Verformungsenergie freisetzen. Sie hätten einen Aktuator, derbenötigt keine Elektronik, um zu bestimmen, ob und wann eine Betätigung erfolgen soll. "
Das Team spielte auch mit dem "Verhältnis von Startlänge zu Breite der Balken". Hier war die 3D-Drucktechnik von entscheidender Bedeutung, da sie die Einbeziehung verschiedener Materialien in denselben Druck ermöglichte und den resultierenden Objekten mehrere formverändernde Reaktionen verlieheinschließlich sequentieller.
"Zum Beispiel", sagte Yijie Jiang, eine Postdoktorandin in Raneys Labor, "haben wir die sequentielle Logik demonstriert, indem wir eine Box entworfen haben, die sich nach Einwirkung eines geeigneten Lösungsmittels nach einer vordefinierten Zeit autonom öffnen und dann schließen kann. Wir auch."entwarf eine künstliche Venusfliegenfalle, die nur schließen kann, wenn innerhalb eines festgelegten Zeitintervalls eine mechanische Last aufgebracht wird, und eine Box, die sich nur öffnet, wenn sowohl Öl als auch Wasser vorhanden sind. "
Die Arbeit hat potenzielle Anwendungen in der Mikrofluidik oder sogar in der Bereitstellung von Sensoren in isolierten rauen Umgebungen, möglicherweise sogar auf anderen Planeten.
Da für die Materialien keine Batterien oder menschliche Unterstützung oder Eingriffe erforderlich sind, können diese Sensoren jahrelang inaktiv bleiben und nur durch die richtigen Umgebungshinweise aktiviert werden.
Wir wären nicht überrascht, wenn bald eine NASA-Zusammenarbeit erreicht würde. In der Zwischenzeit der Open Access Studie die Arbeit wird in der Zeitschrift veröffentlicht Naturkommunikation .