Ricercatori sviluppano un flusso di processo per guidare la stampa 3D nella campo della robotica soffice

La robotica soffice è un campo in crescita all’interno dell’Intelligenza Artificiale. Questi sistemi sono in grado di adattarsi in modo sicuro a ambienti complessi e possono avere vari design e scale di lunghezza, da metri a sub-micrometri. 

I robot soffici che sono nella scala del millimetro hanno un’importanza speciale, poiché sono in grado di consistere in una combinazione di attuatori miniaturizzati controllati dalla pressione pneumatica. Questi robot soffici sono utili per navigare in aree confinate complesse e per la manipolazione di piccoli oggetti. 

Una delle conseguenze della riduzione dei robot pneumatici soffici a millimetri è che essi hanno caratteristiche più fini. Queste sono ridotte di più di un ordine di grandezza. Questo design richiede una grande delicatezza quando viene creato attraverso metodi tradizionali come la modellazione e la litografia soffice. Ci sono nuove tecnologie come l’elaborazione della luce digitale (DLP) che producono risoluzioni teoriche elevate, ma è ancora difficile farlo senza intasare. Gli esempi di successo di stampa 3D di robot soffici pneumatici miniaturizzati non si verificano spesso. 

I ricercatori di Singapore e Cina, principalmente della Università di Tecnologia e Design di Singapore (SUTD), Università di Scienza e Tecnologia del Sud (SUSTech) e Università di Zhejiang (ZJU), hanno creato un flusso di processo generico per guidare la stampa 3D DLP di attuatori pneumatici miniaturizzati per robot soffici. Questi hanno una dimensione complessiva di 2-15 mm. La ricerca è stata pubblicata su Tecnologie avanzate dei materiali. 

“Abbiamo sfruttato l’alta efficienza e risoluzione della stampa 3D DLP per fabbricare attuatori robotici soffici miniaturizzati”, ha detto il professore associato Qi (Kevin) Ge della SUSTech, ricercatore principale del progetto di ricerca. “Per garantire una fedeltà di stampa affidabile e prestazioni meccaniche nei prodotti stampati, abbiamo introdotto un nuovo paradigma per la sistemazione sistematica e efficiente della formulazione del materiale e dei parametri di elaborazione chiave”.

Il modo in cui funziona la stampa 3D DLP è che i foto-assorbitori vengono aggiunti alle soluzioni di polimero. Ciò migliora le risoluzioni di stampa nelle direzioni laterale e verticale. Aumentare la quantità causerà un degrado rapido dell’elasticità del materiale. L’elasticità è estremamente importante per i robot soffici per sostenere grandi deformazioni. 

“Per raggiungere un compromesso ragionevole, abbiamo selezionato per primo un foto-assorbitore con buona assorbimento alla lunghezza d’onda della luce UV proiettata e determinato la formulazione del materiale appropriata in base ai test delle prestazioni meccaniche. Successivamente, abbiamo caratterizzato la profondità di cura e la fedeltà XY per identificare la combinazione appropriata di tempo di esposizione e spessore del layer sezionato”, ha spiegato il co-autore principale Yuan-Fang Zhang della SUTD.

“Seguendo questo flusso di processo, siamo in grado di produrre una varietà di attuatori robotici pneumatici soffici miniaturizzati con strutture e modalità di morphing diverse, tutti più piccoli di una moneta da un dollaro di Singapore, su un sistema di stampa 3D multimateriale auto-costruito. La stessa metodologia dovrebbe essere compatibile con le stampanti 3D commerciali stereolitografia (SLA) o DLP, poiché non è richiesta alcuna modifica hardware”, ha detto l’autore corrispondente, il professore Qi Ge della SUSTech.

Inoltre, i ricercatori hanno sviluppato un rimuovi detriti soffice che ha un manipolatore continuo e un gripper pneumatico soffice miniaturizzato stampato in 3D. È in grado di navigare attraverso uno spazio confinato e raccogliere piccoli oggetti che si trovano in posti difficili da raggiungere. 

Questi nuovi sviluppi aiuteranno nel processo di stampa 3D di robot soffici miniaturizzati con geometrie complesse e progetti multimateriali sofisticati. L’integrazione di attuatori pneumatici soffici stampati in un sistema robotico offrirà molte opportunità. Queste nuove tecnologie possono essere applicate a applicazioni come la manutenzione del motore a reazione e la chirurgia mininvasiva, e continueranno a essere sviluppate in modo da poter beneficiare molte più aree. 

Vedi di più dall’ Università di Tecnologia e Design di Singapore, dove puoi trovare informazioni sulla ricerca corrente in questi campi.