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

Softwarové robotické inženýrství je rostoucí oblast внутри Umělé inteligence. Tyto systémy jsou schopny bezpečně přizpůsobit se komplexním prostředím a mohou mít různé návrhy a délky měřítek, od metrů až po submikrometry. 

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

Jedním z důsledků snížení měkkých pneumatických robotů na milimetry je, že mají jemnější rysy. Tyto jsou sníženy o více než jeden řád velikosti. Tento návrh vyžaduje velkou jemnost při vytváření tradičními metodami, jako je odlévání a měkká litografie. Existují některé nové technologie, jako je digitální zpracování světla (DLP), které produkují vysoké teoretické rozlišení, ale stále je obtížné vyhnout se ucpání. Úspěšné příklady 3D tisku miniaturizovaných měkkých pneumatických robotů se nevyskytují často. 

Výzkumníci ze Singapuru a Číny, hlavně 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 aktuatorů 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 aktuatorů,” řekl docent Qi (Kevin) Ge ze SUSTech, vedoucí výzkumného projektu. “Abysme zajistili spolehlivou tiskovou věrnost a mechanické vlastnosti ve vytištěných produktech, zavedli jsme nový paradigmatický přístup pro systematické a efektivní přizpůsobení materiálové formulace a klíčových parametrů zpracování.”

Způsob, jakým DLP 3D tisk funguje, spočívá v přidání fotoabsorberů do polymerových roztoků. To zlepšuje tiskové rozlišení ve směru a vertikálním směru. 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 výkonu. Poté jsme charakterizovali hloubku vytvrzení a XY věrnost, abychom identifikovali vhodnou kombinaci expoziční doby a tloušťky vrstvy,” vysvětlil spoluautor Yuan-Fang Zhang ze SUTD.

“Tímto procesním tokem jsme schopni vyprodukovat širokou škálu miniaturizovaných měkkých pneumatických robotických aktuatorů s různými strukturami a morfologickými režimy, všechny menší než jedna singapurská dolarová mince, na vlastním multimateriálovém 3D tiskovém systému. Stejná metodika 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 směry pomohou při procesu 3D tisku miniaturizovaných měkkých robotů se složitými geometriemi a sofistikovanými multimateriálovými návrhy. Integrace vytištěných miniaturizovaných měkkých pneumatických aktuatorů do robotického systému poskytne mnoho příležitostí. Tyto nové technologie lze aplikovat na aplikace, jako je údržba motorů letadel 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.