admin 加州大学使用3D打印创建“类似于昆虫”的软机器人
加州大学圣地亚哥分校的研究人员利用3D打印技术制作了柔软灵活的步行器。昆虫& rdquo机器人。制造机器人的预算加成制造技术可以降低3D打印软机器人的入门成本，并在对人类不安全的地方(如灾难或战争地区)为该技术开辟新的应用。& ldquo我们希望这些灵活的骨架将指导一种新型生物启发软机器人的创建。& rdquo尼克&米多，加州大学圣地亚哥分校雅各布工程学院机械工程教授；格拉维说。& ldquo我们希望让世界各地的研究人员更容易制造软机器人。& rdquo
让3D打印软机器人更容易使用
据研究人员称，制造昆虫机器人的主要挑战之一是重建复杂的外骨骼结构力学。外壳需要提供许多功能，包括结构支撑、关节灵活性和身体保护，同时提供传感、抓握和附着的功能表面特征。圣地亚哥的研究团队观察到，昆虫四肢的机动性是由刚性、柔性和梯度刚度元素的排列决定的，而昆虫的外骨骼是刚性和柔性机械部分的混合结构。因此，未来的迭代需要一种混合构建方法来更好地反映它们所基于的昆虫模型。
先前创造昆虫启发机器人的尝试需要使用多材料3D打印机和多步骤铸造工艺。例如，2015年，罗切斯特大学的科学家创造了一种跳跃机器人昆虫，其灵感来自于水上骑手。然而，据圣地亚哥的研究人员称，这种受生物启发的机器人看起来更像是一种刚性工业机器人，包括刚性连杆和刚性高传动电机。
最近，机器人专家开始使用多材料3D打印、激光切割、层压和压铸方法，将身体和四肢的适应性纳入机器人设计。这些制造技术也有缺点，因为它们通常以昂贵和耗时的制造工具为代价，这些制造工具提供的材料选择有限。为了使他们能够以更具成本效益的方式3D打印柔性和弹性外骨骼，研究团队设计了一种新的混合方法，称为弹性骨骼打印。使用FDM)3D打印机和标准长丝材料(如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS))使这种方法更便宜，更容易使用。此外，新技术与传统方法不同，但软机器人是通过直接在加热的热塑性薄膜上印刷3D刚性细丝来制造的。该方法为沉积材料提供了一个灵活而牢固的基础层，能够精确控制机器人中关节和支柱的刚度和特性。
柔性骨架的制造技术灵感来自昆虫外壳& ldquo昆虫& rdquo软机器人
在标准的FDM印刷中，塑料细丝(例如ABS或聚乳酸(PLA))通过加热喷嘴的孔挤出并沉积在平坦的印刷表面上。另一方面，柔性骨架工艺使用改进的Prusa i3 MK3S或LulzBot Taz 6 FDM 3D打印机将细丝直接沉积在加热的热塑性基层上。这导致沉积材料和不可延伸的柔性基底之间的高结合强度，从而提高抗疲劳性。
柔性骨架印刷的粘合过程也不需要额外的粘合剂或固化剂，因为长丝在挤出过程中直接粘合到基层上。为了测试生产部件的强度和抗疲劳性，该团队制造了具有均匀矩形几何形状的柔性梁。将每个横梁弯曲到恒定的应力状态，并保持该位置10秒钟，以模拟机器人腿弯曲并固定到位以支撑负载的情况。然后，研究小组通过拍摄空载梁的偏转角度图像来测量梁的蠕变角度，该偏转角度是在测试前从中性位置测量的。
通过添加聚碳酸酯(PC)层，圣地亚哥的研究人员发现，他们可以在300个加载周期内将3D打印光束的蠕变变形减少70%。为了演示柔性骨骼制作方法制作的机器人的行走能力，团队搭建了一台肌腱驱动的四足行走机器人。该机器人的底盘由全柔性骨骼制成的四肢设计和组装，并由四个微型服务器驱动。两条腿的长度为70 mm，每条腿3D打印需要30分钟，有两个关节:一个弯曲，一个拉伸。
整个机器人生产完成后(大约需要三个小时)，将每个肢体插入机器人底盘(主体)，通过肌腱和绞盘与微型服务器连接。最终产品拥有可互换的腿部，针对不同地形设计，在测试过程中，成品机器人的速度可以达到每秒近5厘米。柔骨机器人的外部结构不仅可以保护其内部组件，还可以混合软、刚性组件，使其可以在复杂的三维布局中生产。根据Gravish的说法，用于制造机器人的创新生产技术可能允许为工厂环境生产新的多功能机器人。& ldquo最终目标是创建一条无需人工组装即可打印整个柔性骨架机器人的装配线。一小组这样的小机器人可以独自完成大机器人的工作，甚至更多。& rdquo格拉维什说。
柔性骨架机器人的构建过程3D打印中的软机器人
近年来，软机器人添加制造的研究呈现出多种形式。例如，2020年1月，康奈尔大学的研究人员开发了一种3D打印软机器人肌肉，可以& ldquo出汗。。使用基于水凝胶的复合树脂和立体平版印刷术(SLA)，生产了一种能够保持水分并对温度做出响应的柔软手指状致动器。2019年8月，荷兰TU Delft理工大学的研究人员创造了一种多色3D打印传感器，帮助软体机器人提高自我意识和适应能力。通过创新一种灵活的嵌入式3D打印传感方法，研究人员增加了机器人和物体之间的互动。两名NASA研究人员宣布，他们已经在3D打印中使用了3D打印技术，从而在2019年5月生产了一个软机器人致动器。新组件负责为机器人的运动部件提供动画和控制功能，代表着将软机器人技术引入Tai 空的重要一步。
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