Naukowcy opracowują proces przepływu do prowadzenia druku 3D w dziedzinie miękkiej robotyki

Miękka robotyka to rozwijająca się dziedzina w ramach sztucznej inteligencji. Systemy te są w stanie bezpiecznie dostosować się do złożonych środowisk, a mogą mieć różne projekty i skale długości, od metrów do submikrometrów. 

Miękkie roboty, które znajdują się w skali milimetrowej, mają szczególne znaczenie, ponieważ mogą składać się z kombinacji miniaturowych siłowników sterowanych przez ciśnienie pneumatyczne. Miękkie roboty te są przydatne do nawigacji w złożonych, zamkniętych przestrzeniach oraz do manipulacji małymi obiektami. 

Jedną z konsekwencji zmniejszania miękkich robotów pneumatycznych do skali milimetrowej jest to, że mają one bardziej szczegółowe cechy. Są one zmniejszone o więcej niż jeden rząd wielkości. Ten projekt wymaga dużej delikatności podczas tworzenia ich za pomocą tradycyjnych metod, takich jak odlewanie i litografia miękka. Istnieją nowe technologie, takie jak przetwarzanie światła cyfrowego (DLP), które dają wysokie teoretyczne rozdzielczości, ale nadal trudno jest to zrobić bez zaczopowania. Pomyślne przykłady druku 3D miniaturowych miękkich robotów pneumatycznych nie zdarzają się często. 

Naukowcy z Singapuru i Chin, głównie z Singapore University of Technology and Design (SUTD), Southern University of Science and Technology (SUSTech) oraz Zhejiang University (ZJU), stworzyli ogólny proces przepływu do prowadzenia druku 3D DLP miniaturowych siłowników pneumatycznych dla miękkich robotów. Mają one rozmiar ogólny 2-15 mm. Badania zostały opublikowane w Advanced Materials Technologies. 

“Wykorzystaliśmy wysoką wydajność i rozdzielczość druku 3D DLP do tworzenia miniaturowych miękkich aktuatorów roboczych”, powiedział Associate Professor Qi (Kevin) Ge z SUSTech, kierownik projektu badawczego. “Aby zapewnić niezawodną wierność druku i wydajność mechaniczną w wydrukowanych produktach, wprowadziliśmy nowy paradygmat dla systematycznego i efektywnego dostosowania formuły materiałowej i kluczowych parametrów procesowych.”

Sposób, w jaki działa druk 3D DLP, polega na tym, że fotoabsorbery są dodawane do roztworów polimerowych. To zwiększa rozdzielczości w kierunkach bocznym i pionowym. Zwiększanie ilości powoduje szybki spadek elastyczności materiału. Elastyczność jest niezwykle ważna dla miękkich robotów, aby wytrzymać duże deformacje. 

“Aby osiągnąć rozsądną równowagę, najpierw wybraliśmy fotoabsorber o dobrej absorpcji przy długości fali światła UV i określiliśmy odpowiednią formułę materiałową na podstawie testów wydajności mechanicznej. Następnie scharakteryzowaliśmy głębokość utwardzania i wierność XY, aby zidentyfikować odpowiednią kombinację czasu ekspozycji i grubości warstwy”, wyjaśnił współautor Yuan-Fang Zhang z SUTD.

“Postępując zgodnie z tym procesem przepływu, jesteśmy w stanie wyprodukować różnorodne miniaturowe miękkie pneumatyczne aktywatatory robocze o różnych strukturach i trybach przekształcania, wszystkie mniejsze niż jeden dolar singapurski, na samozbudowanym systemie druku 3D z wieloma materiałami. Ta sama metodyka powinna być kompatybilna z handlowymi drukarkami stereolitograficznymi (SLA) lub DLP 3D, ponieważ nie jest wymagana żadna modyfikacja sprzętu”, powiedział korespondencyjny autor Professor Qi Ge z SUSTech.

Ponadto naukowcy opracowali również miękkie urządzenie do usuwania zanieczyszczeń, które ma manipulator ciągły i miniaturowy miękki pneumatyczny chwytak. Jest ono w stanie nawigować w zamkniętej przestrzeni i zbierać małe obiekty, które znajdują się w trudno dostępnych miejscach. 

Te nowe rozwiązania pomogą w procesie druku 3D miniaturowych miękkich robotów o złożonych geometriach i zaawansowanych wielomateriałowych projektach. Integracja wydrukowanych miniaturowych miękkich pneumatycznych aktuatorów do systemu roboczego zapewni wiele możliwości. Te nowe technologie mogą być stosowane w aplikacjach, takich jak konserwacja silników odrzutowych i minimalnie inwazyjna chirurgia, i będą dalej rozwijane, aby mogły przynieść korzyści wielu więcej dziedzinom. 

Zobacz więcej z Singapore University of Technology and Design, gdzie można znaleźć informacje o bieżących badaniach prowadzonych w tych dziedzinach.