Researchers use 4D printing to build autonomous robots from sulfur waste/Investigadores usan impresión 4D para construir robots autónomos a partir de residuos de azufre
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First, we need to understand what 4D printing is. While 3D printing creates static objects layer by layer, 4D printing goes a step further by adding the time factor as a fourth dimension. Printed parts don't remain fixed; instead, they change shape or move autonomously after being printed when they receive an external stimulus (heat, light, humidity, magnetic fields, etc.). In this specific case, they use shape-memory materials, which "remember" configurations and return to them or activate on their own.
Primero necesitamos entender qué es la impresión 4D. Mientras la impresión 3D crea objetos estáticos capa por capa, La impresión 4D va un paso más allá añadiendo el factor tiempo como cuarta dimensión. Las piezas impresas no se quedan fijas, sino que cambian de forma o se mueven de manera autónoma después de ser impresas, cuando reciben un estímulo externo (calor, luz, humedad, campos magnéticos, etc.). En este caso concreto usan materiales con memoria de forma, que "recuerdan" configuraciones y vuelven a ellas o se activan solas.
Millions of tons of elemental sulfur are generated each year as a byproduct of oil refining. Much of it is stored or discarded because it has no widespread uses, but now a group of researchers at the Korea Research Institute of Chemical Technology (KRICT) are converting it into sulfur-rich polymers called PSNs. By precisely controlling the percentage of sulfur and the cross-linking structure, they create a material with shape memory and stimulus-responsive properties. The polymer deforms in a programmed way when heated above its glass transition temperature and then "remembers" to return to its original shape or adopt a different one upon cooling or exposure to light.
Cada año se generan millones de toneladas de azufre elemental como subproducto de la refinación de petróleo. Mucho se almacena o desecha porque no tiene usos masivos, pero ahora un grupo de investigadores del Korea Research Institute of Chemical Technology (KRICT) lo convierten en polímeros ricos en azufre llamados PSN. Controlando con mucha precisión el porcentaje de azufre y la estructura de enlaces cruzados, se genera un material con propiedades de memoria de forma y respuesta a estímulos. El polímero se deforma programadamente cuando se calienta por encima de su temperatura de transición vítrea y luego "recuerda" volver a su forma original o adoptar otra al enfriarse o al recibir luz.
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For printing, they use 4D printing techniques, generally based on extrusion or resin, to create 3D structures with that polymer. Once printed, the piece is in a temporary shape. When the appropriate stimulus is applied, the material reacts differently; if heat or light is applied, the structure folds, curves, stretches, or contracts on its own. Under the influence of a magnetic field, they are able to build robots less than 1 cm in size that move by following the field like tiny "trackers," without motors or wires.
Para la impresión utilizan técnicas de impresión 4D generalmente basadas en extrusión o resina, para crear estructuras 3D con ese polímero. Al terminar la impresión, la pieza está en una forma temporal. Cuando se aplica el estímulo adecuado el material reacciona de forma distinta, si se le aplica calor o luz la estructura se pliega, se curva, se estira o se contrae sola. Bajo los efectos de un campo magnético logran construir robots de menos de 1 cm que se mueven siguiendo el campo como pequeños "rastreadores", sin motor ni cables.
These small, soft robots move without traditional mechanical parts, internal batteries, or motors; they are autonomous in that they respond directly to their environment. Most interestingly, when the robot is no longer needed, it can be completely melted down, and the material reused to print a new one without significant loss of properties. It's a 100% recyclable, closed-loop system. Currently, these are very small prototypes, so immediate practical applications are limited, but the potential is enormous in fields such as medical soft robotics, where they could be used as micro-robots that move within the body in response to external stimuli.
Estos pequeños robots blandos se mueven sin piezas mecánicas tradicionales, sin baterías internas ni motores, son autónomos en el sentido de que responden directamente al ambiente. Lo más interesante es que cuando el robot ya no sirve, se puede fundir completamente y reutilizar el material para imprimir otro nuevo sin pérdida significativa de propiedades. Es un ciclo cerrado 100% reciclable. Por el momento se trata de prototipos muy pequeños, por lo que las aplicaciones prácticas inmediatas son limitadas, pero el potencial es enorme en disciplinas como la robótica blanda médica como micro-robots que se mueven en el cuerpo con estímulos externos.
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Some real-world models have already been created, such as a 1D-printed filament in the shape of a worm that swims underwater, climbs obstacles up to 0.63 mm high, and rolls using only a rotating magnetic field. They have also created a 2D-printed cross-shaped gripper that grasps and releases objects simply by applying heat, and a 3D-printed capsule that opens with laser light, releases liquid or catalyst, and mixes it magnetically. It can even be used as a magnetic stirrer that automatically releases catalyst at 50°C for chemical synthesis.
Ya han sido creados algunos modelos reales como un filamento 1D como un gusano que nada bajo el agua, trepa obstáculos de hasta 0,63 mm y rueda solo con campo magnético rotatorio. También han creado una pinza 2D con forma de cruz que agarra y suelta objetos con solo aplicar calor o una cápsula 3D que se abre con luz láser, libera líquido o catalizador, y con magnetismo lo mezcla. Incluso se usa como agitador magnético que libera catalizador automáticamente a 50 °C para hacer síntesis química.
In short, what these Korean scientists have done is take a troublesome waste product like sulfur left over from oil refining, transform it into a smart material, and 4D print it to create mini-robots that move on their own without motors or wires and can be recycled infinitely. It's a great example of upcycling (giving added value to waste) combined with soft robotics and sustainable manufacturing. There's no doubt that robotics, in all its forms, has become a permanent part of our lives.
En resumen, lo que estos científicos coreanos han hecho es tomar un residuo molesto como el azufre sobrante de refinar petróleo, convertirlo en un material inteligente e imprimirlo en 4D para posteriormente crear mini-robots que se mueven solos sin motor, sin cables y que además se pueden reciclar infinitamente. Es un gran ejemplo de upcycling (darle valor superior a un residuo) combinado con robótica blanda y fabricación sostenible. No cabe duda de que la robótica en todas sus variantes ya se ha colado en nuestras vidas para siempre.
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https://interestingengineering.com/science/sulfur-waste-4d-printing-recyclable-soft-robots