Tutkijat kehittivät prosessivirran, joka ohjaa 3D-tulostusta pehmeän robotiikan alalla

Pehmeä robotiikka on kasvava ala tekoälyssä. Nämä järjestelmät pystyvät sopeutumaan turvallisesti monimutkaisiin ympäristöihin, ja niillä voi olla erilaisia suunnittelumalleja ja pituuksia, metristä submikrometreihin. 

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

Yksi pehmeiden pneumaattisten robotien mittakaavan laskemisen seurauksista millimetriin on, että niissä on hienompia piirteitä. Nämä vähenevät yli kymmenen kertaa. Tämä suunnittelu vaatii paljon herkkyyttä 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-tulostetusta miniatyyripehmeistä pneumaattisista roboteista ei ole usein. 

Tutkijat Singaporessa ja Kiinassa, pääasiassa Singaporen teknologia- ja suunnitteluyliopistosta (SUTD), Etelä-Kiinan tiede- ja teknologiayliopistosta (SUSTech) ja Zhejiangin yliopistosta (ZJU), ovat luoneet yleisen prosessivirran, joka ohjaa DLP 3D-tulostusta miniatyyri-ilmapaineaktuaattoreille pehmeisiin roboteihin. Niiden kokonaiskoko on 2-15 mm. Tutkimus julkaistiin Advanced Materials Technologies-julkaisussa. 

“Hyödynsimme DLP 3D-tulostuksen korkeaa tehokkuutta ja resoluutiota valmistamaan miniatyyripehmiä robottiaktuaattoreita,” sanoi apulaisprofessori Qi (Kevin) Ge SUSTechista, tutkimushankkeen johtaja. “Varmistamaan luotettavan tulostuslaadun ja mekaanisen suorituskyvyn tulostetuissa tuotteissa, esittelimme uuden paradigman järjestelmälliseen ja tehokkaaseen materiaalikoostumuksen ja avainprosessiparametrien mukauttamiseen.”

DLP 3D-tulostuksen toimintaperiaate perustuu siihen, että valon imevät aineet lisätään polymeriliuoksiin. Tämä parantaa tulostusresoluutiota sekä sivusuunnassa että pystysuunnassa. Valon imevien aineiden määrän lisääminen aiheuttaa nopean aineen elastisuuden heikkenemisen. Elastisuus on erittäin tärkeää pehmeille roboteille, jotta ne voivat kestää suuria muodonmuutoksia. 

“Saavuttaaksemme kohtuullisen tasapainon, valitsimme ensin valon imevän aineen, jolla on hyvä imevyky projektorin UV-valon aallonpituudella, ja määrittelimme sopivan materiaalikoostumuksen mekaanisen suorituskyvyn testien perusteella. Seuraavaksi, karakterisoimme kovettumissyvyyden ja XY-uskollisuuden, jotta voimme tunnistaa sopivan yhdistelmän altistusajasta ja viilletyn kerroksen paksuudesta,” selitti yhdessä ensimmäinen kirjoittaja Yuan-Fang Zhang SUTD:sta.

“Noudattamalla tätä prosessivirtaa, pystymme tuottamaan erilaisia miniatyyripehmiä pneumaattisia robottiaktuaattoreita, joilla on erilaiset rakenteet ja muodonmuutosmuodot, kaikki yhden Singaporen dollarin kolikon kokoisia, itse rakennetulla monimateriaalisen 3D-tulostusjärjestelmällä. Sama metodologia on yhteensopiva kaupallisten stereolitografian (SLA) tai DLP 3D-tulostimien kanssa, koska niiden käyttöön ei vaadita laitteiston muutoksia,” sanoi vastaava kirjoittaja professori Qi Ge SUSTechista.

Lisäksi tutkijat kehittivät pehmeän roska-poistimen, jossa on jatkuvuusmanipulaattori ja 3D-tulostettu miniatyyripehmeä ilmapaineellinen otin. Se pystyy navigoimaan ahdaspaikkoihin ja keräämään pieniä esineitä, jotka ovat hankalia paikkoja tavoittaa. 

Nämä uudet kehitysaskeleet auttavat prosessissa 3D-tulostaa miniatyyripehmiä roboteja, joilla on monimutkaiset geometriat ja monimutkaiset monimateriaalisen suunnittelun. Tulostettujen miniatyyripehmeiden pneumaattisten aktuaattorien integrointi robottiin tarjoaa monia mahdollisuuksia. Nämä uudet teknologiat voidaan soveltaa sovelluksiin, kuten suihkumoottorien huoltoon ja vähinterventioon, ja niitä kehitetään jatkuvasti, jotta ne voivat hyödyttää useampia aloja. 

Lue lisää Singaporen teknologia- ja suunnitteluyliopistosta, josta löydät tietoa nykyisistä tutkimuksista näillä aloilla.