Výzkumníci vyvinuli procesní tok pro vedení 3D tisku v oblasti softwarového robotiky

Softwarová robotika je rostoucí oblastí v rámci umělé inteligence. Tyto systémy jsou schopny bezpečně adaptovat na komplexní prostředí a mohou mít různé návrhy a délky měřítek, od metrů až po submikrometry. 

Měkké roboty, které jsou v měřítku milimetrů, mají zvláštní význam, protože jsou schopny sestávat z kombinace miniaturizovaných aktuátorů ovládaných pneumatickým tlakem. Tyto měkké roboty jsou užitečné pro navigaci v komplexních uzavřených prostorech a manipulaci s malými objekty. 

Jedním z důsledků snižování měkkých pneumatických robotů na milimetry je, že poté mají jemnější rysy. Tyto jsou sníženy o více než jednu řádovou velikost. Tento návrh vyžaduje velkou jemnost při jejich tvorbě pomocí tradičních metod, jako je odlévání a měkká litografie. Existují některé nové technologie, jako je digitální zpracování světla (DLP), které poskytují vysoké teoretické rozlišení, ale stále je obtížné bez ucpání. Úspěšné příklady 3D tisku miniaturizovaných měkkých pneumatických robotů se nevyskytují často. 

Výzkumníci ze Singapuru a Číny, především ze Singapurské univerzity technologie a designu (SUTD), Jižní univerzity vědy a technologie (SUSTech) a Čeťiangské univerzity (ZJU), vytvořili obecný procesní tok pro vedení DLP 3D tisku miniaturizovaných pneumatických aktuátorů pro měkké roboty. Tyto mají celkovou velikost 2-15 mm. Výzkum byl zveřejněn v Advanced Materials Technologies. 

“Využili jsme vysokou efektivitu a rozlišení DLP 3D tisku k výrobě miniaturizovaných měkkých robotických aktuátorů,” řekl docent Qi (Kevin) Ge ze SUSTech, vedoucí výzkumného projektu. “Abysme zajistili spolehlivou tiskovou věrnost a mechanickou výkonnost ve vytištěných produktech, zavedli jsme nový paradigmatický přístup pro systematické a efektivní přizpůsobení materiálové formulace a klíčových procesních parametrů.”

Způsob, jakým DLP 3D tisk funguje, spočívá v přidání fotoabsorberů do polymerových roztoků. To zvyšuje tiskové rozlišení ve směru laterálním a vertikálním. Zvýšení množství způsobí rychlé zhoršení elasticity materiálu. Elasticita je extrémně důležitá pro měkké roboty, aby vydržely velké deformace. 

“Abysme dosáhli rozumného kompromisu, nejprve jsme vybrali fotoabsorber s dobrým absorpčním koeficientem na vlnové délce projekovaného ultrafialového světla a určili příslušnou materiálovou formulaci na základě mechanických testů výkonnosti. Dále jsme charakterizovali hloubku vytvrzení a XY věrnost, abychom identifikovali vhodnou kombinaci expoziční doby a tloušťky vrstvy,” vysvětlil spoluautor Yuan-Fang Zhang ze SUTD.

“Sledováním tohoto procesního toku jsme schopni produkovat řadu miniaturizovaných měkkých pneumatických robotických aktuátorů s různými strukturami a morfologickými režimy, všechny menší než singapurská mince v hodnotě jednoho dolaru, na samém multimateriálovém 3D tiskovém systému. Stejná metodologie by měla být kompatibilní s komerčními stereolitografickými (SLA) nebo DLP 3D tiskárnami, protože není vyžadována žádná hardwarová modifikace,” řekl korespondenční autor profesor Qi Ge ze SUSTech.

Navíc výzkumníci vyvinuli měkký odstraňovač nečistot, který má kontinuální manipulátor a 3D vytištěný miniaturizovaný měkký pneumatický gripper. Je schopen navigovat v uzavřených prostorech a shromažďovat malé objekty, které jsou v obtížně přístupných místech. 

Tyto nové vývojové kroky pomohou při procesu 3D tisku miniaturizovaných měkkých robotů se složitými geometriemi a sofistikovanými multimateriálovými návrhy. Integrace vytištěných miniaturizovaných měkkých pneumatických aktuátorů do robotického systému poskytne mnoho příležitostí. Tyto nové technologie lze aplikovat na aplikace, jako je údržba motorů a minimálně invazivní chirurgie, a budou dále vyvíjeny, aby mohly prospět mnoha dalším oblastem. 

Více informací naleznete na Singapurské univerzitě technologie a designu, kde můžete najít informace o současném výzkumu v těchto oblastech.