ソフトロボティクス分野における3Dプリンティングのためのプロセスフローを開発する研究者

ソフトロボティクスは、人工知能の中で成長している分野です。これらのシステムは、複雑な環境に安全に適応でき、さまざまなデザインと長さスケール（メートルからサブマイクロメートルまで）を持つことができます。

ミリメートルスケールのソフトロボットは、特別な重要性を持っています。なぜなら、それらは、微小なアクチュエーターの組み合わせで構成されており、空気圧によって制御されるからです。これらのソフトロボットは、複雑な狭い空間を移動したり、小さな物体を操作したりするのに役立ちます。

ソフトロボットをミリメートルスケールに縮小することの1つの結果は、より繊細な特徴を持つことです。これらの特徴は、1桁以上小さくなります。この設計では、伝統的な方法（成型やソフトリソグラフィー）で作成する際に、非常な繊細さが必要です。デジタルライトプロセッシング（DLP）などの新しい技術は、高い理論的な解像度を生み出しますが、まだ詰まりやすいです。3Dプリンティングによるミニチュアソフトロボットの成功例は、まれです。

シンガポールと中国の研究者、特にシンガポール科技デザイン大学（SUTD）、南方科技大学（SUSTech）、浙江大学（ZJU）は、ミニチュアソフトロボットのためのDLP 3Dプリンティングを導くための汎用プロセスフローを作成しました。これらのロボットの全体的なサイズは、2-15 mmです。この研究は、Advanced Materials Technologiesに掲載されました。

「私たちは、DLP 3Dプリンティングの高効率と高解像度を利用して、ミニチュアソフトロボットアクチュエーターを製造しました」と、SUSTechのKevin Ge准教授は述べました。彼は、この研究プロジェクトのリード研究者です。「印刷された製品の信頼性の高い印刷忠実度と機械的性能を確保するために、材料の組成と重要な加工パラメーターの体系的かつ効率的な調整のための新しいパラダイムを導入しました」。

DLP 3Dプリンティングのしくみは、光吸収剤をポリマーソリューションに追加することです。これにより、横方向と縦方向の解像度が向上します。光吸収剤の量を増やすと、素材の弾性が急激に低下します。弾性は、ソフトロボットが大きな変形を維持するために非常に重要です。

「合理的なトレードオフを達成するために、投影されたUV光の波長での良好な吸収をもつ光吸収剤を選択し、機械的性能テストに基づいて適切な材料組成を決定しました。次に、固化深度とXY忠実度を特性化して、適切な露光時間とスライス層の厚さの組み合わせを特定しました」と、SUTDのYuan-Fang Zhangは説明しました。

「このプロセスフローに従うことで、1シンガポールドルコインよりも小さい、さまざまな構造と形態のミニチュアソフトロボットアクチュエーターを、自社製のマルチマテリアル3Dプリンティングシステムで製造できます。同様の方法は、商用のステレオリソグラフィー（SLA）またはDLP 3Dプリンターとも互換性があります。ハードウェアの変更は必要ありません」と、SUSTechのQi Ge教授は述べました。

さらに、研究者は、連続体マニピュレータと3Dプリンティングミニチュアソフトロボットグリッパーを備えたソフトデブリ除去器を開発しました。これは、狭い空間を移動し、到達が困難な場所にある小さな物体を収集できます。

これらの新しい開発は、複雑な幾何学と高度なマルチマテリアル設計を持つミニチュアソフトロボットの3Dプリンティングプロセスに役立ちます。印刷されたミニチュアソフトロボットアクチュエーターのロボットシステムへの統合により、多くの機会が生まれます。これらの新しい技術は、ジェットエンジンのメンテナンスや最小侵襲手術などのアプリケーションに適用でき、さらに多くの分野で利益をもたらすために開発が続けられます。

詳細については、シンガポール科技デザイン大学のウェブサイトを参照してください。ここでは、これらの分野での現在進行中の研究についての情報が見つかります。