Biến rác thải thành robot thế hệ mới
Mỗi năm, ngành lọc dầu tạo ra hàng triệu tấn lưu huỳnh nguyên tố như một sản phẩm phụ, phần lớn bị lưu trữ hoặc thải bỏ. Một nhóm nghiên cứu Hàn Quốc đã tìm ra cách biến loại chất thải này thành vật liệu nền để chế tạo robot mềm có thể tự chuyển động và tái chế hoàn toàn, nhờ công nghệ in 4D lần đầu tiên được ứng dụng theo hướng này.
Nhóm nghiên cứu do ông Dong-Gyun Kim, thuộc Viện Nghiên cứu Công nghệ Hóa học Hàn Quốc (KRICT), ông Jeong Jae Wie, Giáo sư Đại học Hanyang, và ông Yong Seok Kim, Giáo sư Đại học Sejong, dẫn dắt.
Điều gì làm nên “4D”?
Khác với in 3D chỉ tạo ra vật thể tĩnh, in 4D bổ sung yếu tố thời gian, cho phép cấu trúc thay đổi hình dạng hoặc hành vi sau khi in khi gặp tác động từ bên ngoài.
Nhóm KRICT đã làm được điều này bằng cách phát triển một loại polymer giàu lưu huỳnh mới gọi là mạng poly (phenylene polysulfide) (PSNs), có khả năng “ghi nhớ hình dạng” phụ thuộc vào nhiệt độ chuyển hóa thủy tinh.
Sau khi in, các cấu trúc này có thể biến đổi hình dạng khi gặp nhiệt hoặc ánh sáng, mà không cần động cơ hay bộ phận cơ khí. Khi bổ sung 20% hạt từ tính, nhóm đã tạo ra các robot composite có kích thước dưới 1,3 cm, có thể di chuyển linh hoạt theo từ trường bên ngoài.
Cách các bộ phận được ghép nối
Một điểm nổi bật của công nghệ này là cách các bộ phận được liên kết. Chỉ cần chiếu tia laser cận hồng ngoại trong 8 giây là có thể kích hoạt phản ứng “hàn hóa học”. Các liên kết lưu huỳnh bên trong tạm thời bị phá vỡ rồi tái tạo tại điểm nối, giúp các phần in dính lại với nhau mà không cần keo.
Nhóm nghiên cứu đã trình diễn tiềm năng của công nghệ bằng cách lắp ráp nhiều cấu trúc mô-đun phức tạp, như mô hình thu nhỏ của nhà thờ Sagrada Família hay một sân vận động có mái có thể thu vào.
Tất cả đều được tạo từ các khối in riêng lẻ, có khả năng thay đổi hình dạng theo yêu cầu, thể hiện độ chính xác, linh hoạt và tính động của công nghệ in 4D.
Tái chế hoàn toàn theo vòng khép kín
Khi một cấu trúc in hết vòng đời, nó có thể được nung chảy và tái sử dụng làm vật liệu in mới mà không mất chất lượng hay khối lượng. Điều này tạo nên một quy trình sản xuất khép kín, cho phép tái sử dụng liên tục và giảm đáng kể rác thải trong sản xuất công nghệ cao.
Ông Dong-Gyun Kim cho biết: “Đây là minh chứng đầu tiên cho việc nâng cấp lưu huỳnh thải công nghiệp thành vật liệu robot tiên tiến. Những vật liệu thông minh có thể tự di chuyển và tái chế sẽ trở thành động lực quan trọng cho robot mềm và công nghệ tự động hóa trong tương lai".
Vì sao điều này quan trọng
Robot mềm - được chế tạo từ vật liệu linh hoạt thay vì kim loại cứng - đang ngày càng được quan tâm trong y học, vận chuyển thuốc và sản xuất chính xác. Tuy nhiên, hạn chế lớn nhất nằm ở vật liệu: thường khó đáp ứng đồng thời độ bền, khả năng phản ứng và tính bền vững.
Phương pháp của KRICT đã giải quyết trọn vẹn cả ba vấn đề này bằng cách tận dụng nguồn nguyên liệu giá rẻ từ chất thải, tạo ra các robot có thể phản ứng với nhiều tác nhân mà không cần nguồn năng lượng trực tiếp, đồng thời thiết lập được quy trình tái chế khép kín hoàn toàn.
Nghiên cứu được tài trợ bởi Quỹ Nghiên cứu Quốc gia Hàn Quốc và Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Quân đội Mỹ.
Theo IE
