Tutkijat kehittivät prosessivirran 3D-tulostamiseen pehmeiden robottien alalla

Pehmeät robotit ovat kasvava ala tekoälyssä. Nämä järjestelmät voivat sopeutua turvallisesti monimutkaisiin ympäristöihin, ja niillä voi olla erilaisia suunnitteluja ja mittakaavoja, metristä submikrometreihin.

Millimetrien mittakaavassa olevat pehmeät robotit ovat erityisen tärkeitä, koska ne voivat koostua ilmapaineella ohjattavista miniatyyriaktuaattoreista. Nämä pehmeät robotit ovat hyödyllisiä monimutkaisten tilojen navigoinnissa ja pienten esineiden käsittelyssä.

Yksi pehmeiden pneumaattisten robottien mittakaavan laskun seurauksista on, että niissä on hienompia piirteitä. Nämä piirteet vähenevät yli kymmenen kertaa. Tämä suunnittelu vaatii paljon tarkkuutta perinteisten menetelmien, kuten muotin ja pehmeän litografian, avulla. On olemassa uusia teknologioita, kuten digitaalinen valoprosessi (DLP), joka tuottaa korkean teoreettisen resoluution, mutta se on edelleen haasteellista ilman tukkeutumista. Onnistuneita esimerkkejä 3D-tulostetuista miniatyyripehmeistä pneumaattisista roboteista ovat harvinaisia.

Singaporessa ja Kiinassa, pääasiassa Singaporen teknologia- ja suunnitteluyliopistosta (SUTD), Etelä-Kiinan tiede- ja teknologia-yliopistosta (SUSTech) ja Zhejiangin yliopistosta (ZJU), tutkijat ovat luoneet yleisen prosessivirran DLP 3D-tulostamiseen miniatyyri-pneumaattisille aktuaattoreille pehmeisiin roboteihin. Nämä aktuaattorit ovat 2-15 millimetrin kokoluokkaa. Tutkimus julkaistiin Advanced Materials Technologies-julkaisussa.

“Hyödynsimme DLP 3D-tulostamisen korkeaa tehokkuutta ja resoluutiota miniatyyripehmeiden robottien aktuaattorien valmistamiseen,” sanoi apulaisprofessori Qi (Kevin) Ge SUSTechistä, tutkimushankkeen johtaja. “Takuamme luotettavan tulostuslaadun ja mekaanisen suorituskyvyn tulostetuissa tuotteissa, joten esittelimme uuden paradigman materiaalin koostumuksen ja avainprosessien parametrejen systemaattiseen ja tehokkaaseen mukauttamiseen.”

DLP 3D-tulostuksen toimintaperiaate perustuu siihen, että valokuvausaineita lisätään polymeriliuoksiin. Tämä parantaa tulostusresoluutiota sekä sivusuunnassa että pystysuunnassa. Valokuvausaineiden määrän lisääminen aiheuttaa nopean heikkenemisen materiaalin joustavuudessa. Joustavuus on erittäin tärkeää pehmeiden robottien kestämiseksi suurissa muodonmuutoksissa.

“Saavuttaaksemme kohtuullisen tasapainon, valitsimme ensin valokuvausaineen, jolla on hyvä absorbanssi UV-valon aallonpituudella, ja määrittelimme sopivan materiaalikoostumuksen mekaanisten suorituskykytestien perusteella. Seuraavaksi karakterisoimme kovettumissyvyyden ja XY-uskollisuuden, jotta voimme tunnistaa sopivan yhdistelmän altistusajasta ja viilletyn kerroksen paksuudesta,” selitti yhdessä ensimmäinen tekijä Yuan-Fang Zhang SUTD:stä.

“Seuraamalla tätä prosessivirtaa, voimme tuottaa joukon miniatyyri-pneumaattisia robottien aktuaattoreita, joilla on erilaisia rakenteita ja muodonmuutosmuotoja, kaikki yhden Singaporen dollarin kolikon kokoisia, itse rakennetulla monimateriaalisen 3D-tulostusjärjestelmällä. Sama metodologia tulisi olla yhteensopiva kaupallisten stereolitografian (SLA) tai DLP 3D-tulostimien kanssa, koska niissä ei vaadita laitteiston muutoksia,” sanoi vastaava tekijä professori Qi Ge SUSTechistä.

Lisäksi tutkijat kehittivät pehmeän roska- poistimen, jossa on jatkuvuusmanipulaattori ja 3D-tulostettu miniatyyri-pneumaattinen gripperi. Se pystyy navigoimaan ahtaisiin tiloihin ja keräämään pieniä esineitä, jotka ovat hankalia paikkoja.

Nämä uudet kehitykset auttavat 3D-tulostamisessa miniatyyri-pehmeiden robottien kompleksisilla geometrioilla ja monimateriaalisen suunnittelun. Pienien pneumaattisten aktuaattorien integrointi robottijärjestelmään tarjoaa monia mahdollisuuksia. Nämä uudet teknologiat voidaan soveltaa sovelluksiin, kuten lentokonemoottorien huoltoon ja vähäisiin invasiivisiin leikkauksiin, ja niitä kehitetään edelleen, jotta ne voivat hyödyttää monia muita aloja.

Lue lisää Singaporen teknologia- ja suunnitteluyliopistosta, josta löydät tietoa tämän alan tutkimuksista.