Исследователи из Корейского института химических технологий (KRICT, Южная Корея) создали технологию переработки промышленной серы — побочного продукта нефтепереработки — в полимеры для 4D-печати мягких роботов. Устройства способны автономно менять форму и перемещаться под воздействием тепла, света и магнитного поля, а после окончания срока службы материал можно полностью переработать повторно без потери свойств.
Ежегодно мировая нефтепереработка производит миллионы тонн серы, большая часть которых отправляется на долгосрочное хранение или в отходы. Учёные синтезировали на основе этих отходов новый класс полимеров — поли(фениленполисульфидные) сети, обладающие эффектом памяти формы. В отличие от обычной 3D-печати, создающей статичные объекты, технология 4D-печати позволяет получать структуры, которые изменяют конфигурацию под действием внешних факторов: температуры или освещения.
Как работают мягкие роботы из серы
Для придания роботам подвижности исследователи ввели в полимерный состав 20% магнитных частиц. В результате получились миниатюрные устройства размером менее половины дюйма (около 12 мм), которые могут автономно перемещаться под влиянием магнитного поля, не используя двигатели или механические приводы. Управление осуществляется бесконтактно, за счёт взаимодействия магнитных включений с внешним полем.
Особенность метода — химическая сварка деталей с помощью ближнего инфракрасного лазера. Облучение в течение восьми секунд временно разрывает и восстанавливает серные связи в материале, благодаря чему элементы сплавляются без применения клея или дополнительных соединителей. Для демонстрации возможностей команда изготовила модульные конструкции, в том числе миниатюрную копию храма Саграда Фамилия и модель стадиона с раздвижной крышей.
Замкнутый цикл переработки
Разработанный материал полностью пригоден для вторичной переработки. После завершения эксплуатации изделие можно переплавить и использовать повторно без ухудшения характеристик, что обеспечивает замкнутый производственный цикл. Как отметили разработчики, это первый случай использования серных отходов нефтепереработки для создания материалов мягкой робототехники. Технология может найти применение в робототехнике, медицинских устройствах и автоматизации производственных процессов.