Forskere utvikler prosessflyt for å guide 3D-utskriving i feltet myk robotikk

Myk robotikk 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 navigasjon i komplekse, inneslutta områder, og manipulering av små objekter. 

En av konsekvensene av å skaler ned myke pneumatiske roboter til millimeter er at de da får finere trekk. Disse er redusert med mer enn en størrelsesorden. Dette designet krever en stor grad av finhet når de skapes gjennom tradisjonelle metoder 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 prosessflyt for å guide DLP 3D-utskriving av miniature-pneumatiske aktuatorer for myke roboter. Disse har en 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 fabrikere miniature-myke robotaktuatorer,” sa professor Qi (Kevin) Ge fra SUSTech, leder av forskningsprosjektet. “For å sikre pålitelig utskriftstrofasthet og mekanisk ytelse i de utskrevne 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 føre til rask nedbrytning 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 materialet basert på mekaniske prestasjonstester. Deretter karakteriserte vi herdingssdybden og XY-trofastheten for å identifisere den passende kombinasjonen av eksponeringstid og skåret lagtykkelse,” forklarte medførsteforfatter Yuan-Fang Zhang fra SUTD.

“Ved å følge denne prosessflyten, er vi i stand til å produsere en rekke miniature-myke pneumatiske robotaktuatorer med forskjellige strukturer og morfologiske modi, alle mindre enn en enkelt Singapore-dollar-mynt, på et selvbygget multimaterielt 3D-utskriftssystem. Den samme metoden bør være kompatibel med kommersielle stereolitografi (SLA) eller DLP 3D-utskrivere, 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-utskrevet miniature-myk pneumatiske griper. Den er i stand til å navigere gjennom et innesluttet område og samle inn små objekter som er i vanskelige steder å nå. 

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

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