연구자들, 소프트 로봇틱스 분야에서 3D 프린팅을 위한 프로세스 흐름 개발

소프트 로봇틱스는 인공지능의 성장하는 분야입니다. 이러한 시스템은 복잡한 환경에 안전하게 적응할 수 있으며, 다양한 설계와 길이 규모를 가질 수 있습니다. 미터에서 서브 마이크로미터까지 다양한 크기로 설계될 수 있습니다.

밀리미터 규모의 소프트 로봇은 특별한 중요성을 가지고 있습니다. 왜냐하면 미니어처 액추에이터의 조합으로 구성될 수 있으며, 공기 압력에 의해 제어됩니다. 이러한 소프트 로봇은 복잡한 폐쇄된 영역을 탐색하고 작은 물체를 조작하는 데 유용합니다.

소프트 로봇틱스 시스템을 밀리미터 규모로 축소하는 결과는 더 미세한 특징을 갖게 됩니다. 이러한 특징은 전통적인 방법으로 제작할 때보다 10배 이상 더 미세해집니다. 이러한 설계는 전통적인 방법으로 제작할 때보다 더 많은 정밀도가 필요합니다. 디지털 라이트 프로세싱(DLP)과 같은 새로운 기술은 높은 이론적 해상도를 제공하지만, 여전히 막히는 문제가 있습니다. 3D 프린팅을 사용하여 미니어처 소프트 로봇을 성공적으로 제작하는 예는 드뭅니다.

싱가포르와 중국의 연구자들, 주로 싱가포르 기술 및 디자인 대학교(SUTD), 남부 과학 기술 대학(SUSTech), 및 저장 대학(ZJU),는 소프트 로봇을 위한 미니어처 공기 압력 액추에이터의 DLP 3D 프린팅을 위한 일반적인 프로세스 흐름을 개발했습니다. 이러한 액추에이터의 크기는 2-15mm입니다. 이 연구는 Advanced Materials Technologies에 발표되었습니다.

“우리는 DLP 3D 프린팅의 높은 효율과 해상도를 이용하여 미니어처 소프트 로봇 액추에이터를 제작했습니다.”라고 SUSTech의 Qi(케빈) Ge 부교수는 말했습니다. “인쇄된 제품의 신뢰할 수 있는 인쇄 충실도와 기계적 성능을 보장하기 위해, 우리는 재료의 구성과 주요 처리 매개변수의 체계적이고 효율적인 맞춤화를 위한 새로운 패러다임을 도입했습니다.”

DLP 3D 프린팅의 작동 방식은 광흡수체를 폴리머 용액에 추가하는 것입니다. 이것은 수평과 수직 방향에서 인쇄 해상도를 향상시킵니다. 광흡수체의 양을 증가시키면 재료의 탄성성이 급격히 저하됩니다. 이러한 탄성성은 소프트 로봇이 큰 변형을 유지하는 데 매우 중요합니다.

“우리는 먼저 투영된 자외선 빛의 파장에서 좋은 흡수를 보이는 광흡수체를 선택하고, 기계적 성능 테스트를 기반으로 적절한 재료 구성법을 결정했습니다. 다음으로, 우리는 경화 깊이와 XY 충실도를 특성화하여 노출 시간과 슬라이스 층 두께의 적합한 조합을 식별했습니다.”라고 SUTD의 Yuan-Fang Zhang 공동 1저자는 설명했습니다.

“이 프로세스 흐름을 따르면, 우리는 다양한 구조와 형태의 미니어처 소프트 공기 압력 로봇 액추에이터를 생산할 수 있습니다. 모두 1개의 싱가포르 달러 동전보다 작습니다. 우리는 자체 제작한 멀티 재료 3D 프린팅 시스템에서 이러한 액추에이터를 제작했습니다. 동일한 방법론은 상업용 스테레오 리소그래피(SLA) 또는 DLP 3D 프린터와도 호환되어야 합니다. 하드웨어 수정이 필요하지 않습니다.”라고 SUSTech의 Qi Ge 교수는 말했습니다.

또한, 연구자들은 연속체 조작기와 3D 프린팅된 미니어처 소프트 공기 압력 그리퍼를 갖춘 소프트 부스러기 제거기를 개발했습니다. 이것은 폐쇄된 공간을 탐색하고 어려운 위치에 있는 작은 물체를 수집할 수 있습니다.

이 새로운 개발은 복잡한 기하학적 구조와 다중 재료 설계를 갖춘 미니어처 소프트 로봇의 3D 프린팅을 위한 과정에서 도움이 될 것입니다. 인쇄된 미니어처 소프트 공기 압력 액추에이터를 로봇 시스템에 통합하면 많은 기회가 제공됩니다. 이러한 새로운 기술은 제트 엔진 유지 보수와 최소 침습 수술과 같은 응용 분야에 적용될 수 있으며, 더 많은 분야에서 혜택을 제공할 수 있도록 계속 개발될 것입니다.

더 많은 정보는 싱가포르 기술 및 디자인 대학교에서 확인하실 수 있습니다. 여기서 이러한 분야에서 현재 진행 중인 연구에 대한 정보를 찾을 수 있습니다.