Forskere Utvikler Prosesstrøm for å Guide 3D-utskriving i Soft Robotics-feltet

Soft robotics er et voksende felt innen kunstig intelligens. Disse systemene kan trygt tilpasse seg komplekse miljøer, og de kan ha forskjellige design og lengdeskalaer, fra meter til sub-mikrometer. 

De myke robotene som er på millimeterskalaen har spesiell betydning, siden de kan bestå av en kombinasjon av miniature-aktuatorer kontrollert av pneumatiske trykk. Disse myke robotene er nyttige for navigering i komplekse, innesluttete områder og manipulering av små objekter. 

En av konsekvensene av å skalle ned myke pneumatiske roboter til millimeter er at de da får finere trekk. Disse er redusert med mer enn en størrelseskategori. Dette designet krever en stor grad av finhet når de skapes gjennom tradisjonelle midler som formning og myk litografi. Det finnes noen nye teknologier som digital lysbehandling (DLP) som produserer høye teoretiske oppløsninger, men det er fortsatt vanskelig å gjøre uten å bli tappet. Suksessfulle eksempler på 3D-utskriving av miniature myke pneumatiske roboter skjer ikke ofte. 

Forskere fra Singapore og Kina, hovedsakelig fra Singapore University of Technology and Design (SUTD), Southern University of Science and Technology (SUSTech) og Zhejiang University (ZJU), har skapt en generisk prosesstrøm for å guide DLP 3D-utskriving av miniature pneumatiske aktuatorer for myke roboter. Disse har en samlet størrelse på 2-15 mm. Forskningen ble publisert i Advanced Materials Technologies. 

“Vi utnyttet den høye effisiensen og oppløsningen til DLP 3D-utskriving for å produsere miniature myke robotaktuatorer,” sa Associate Professor Qi (Kevin) Ge fra SUSTech, leder for forskningsprosjektet. “For å sikre pålitelig utskriftstrohet og mekanisk ytelse i de trykte produktene, innførte vi en ny paradigm for systematisk og effektiv tilpasning av materialets formulering og nøkkelprosesseringsparametere.”

Måten DLP 3D-utskriving fungerer er at fotoabsorberes legges til i polymerløsninger. Dette forbedrer utskriftsoppløsningene i laterale og vertikale retninger. Økning av mengden vil forårsake rask nedbryting av materialets elastisitet. Elastisiteten er ekstremt viktig for myke roboter for å holde store deformasjoner. 

“For å oppnå en rimelig avveining, valgte vi først en fotoabsorber med god absorbans ved den projiserte UV-lysbølgelengden og bestemte den passende materiaformuleringen basert på mekanisk ytelsesprøver. Deretter karakteriserte vi herdingssdybden og XY-troheten for å identifisere den passende kombinasjonen av eksponeringstid og skåret lagtykkelse,” forklarte co-first author Yuan-Fang Zhang fra SUTD.

“Ved å følge denne prosesstrømmen, er vi i stand til å produsere en rekke miniature myke pneumatiske robotaktuatorer med forskjellige strukturer og morfingmoduser, alle mindre enn en enkelt Singapore-dollar-mynt, på et selvbygget multimateriell 3D-utskriftssystem. Den samme metodikken burde være kompatibel med kommersielle stereolitografi (SLA) eller DLP 3D-skrivere, da ingen maskinmodifikasjon er nødvendig,” sa korresponderende forfatter Professor Qi Ge fra SUSTech.

I tillegg til alt dette, utviklet forskerne også en myk søppel-fjerner som har en kontinuum-manipulator og en 3D-trykt miniature myk pneumatiske griper. Den er i stand til å navigere gjennom et innesluttet rom og samle små objekter som er i vanskelige plasser å nå. 

Disse nye utviklingene vil hjelpe i prosessen med 3D-utskriving av miniature myke roboter med komplekse geometrier og sofistikerte multimateriell-design. Integrasjonen av trykte miniature myke pneumatiske aktuatorer i et robot-system vil gi mange muligheter. Disse nye teknologiene kan bli anvendt i applikasjoner som jet-motormaintenance og minimalt invasiv kirurgi, og de vil fortsette å bli utviklet så de kan gi fordeler til enda flere områder. 

Se mer fra Singapore University of Technology and Design, der du kan finne informasjon om nåværende forskning som gjøres i disse feltene.