Naukowcy opracowali proces przepływu do prowadzenia drukowania 3D w dziedzinie miękkiej robotyki

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

Miękkie roboty o 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, ograniczonych przestrzeniach i manipulacji małymi obiektami.

Jednym z następstw skalowania w dół miękkich robotów pneumatycznych do milimetrów jest to, że mają one drobniejsze cechy. Są one zmniejszone o więcej niż jeden rząd wielkości. Ten projekt wymaga dużej delikatności przy tworzeniu 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 uniknąć zaczopowania. Pomyślne przykłady drukowania 3D miniaturowych miękkich robotów pneumatycznych nie zdarzają się często.

Naukowcy z Singapuru i Chin, głównie z Singapurskiego Uniwersytetu Technologii i Projektowania (SUTD), Południowego Uniwersytetu Nauki i Technologii (SUSTech) oraz Zhejiang University (ZJU), stworzyli ogólny proces przepływu do prowadzenia drukowania 3D DLP miniaturowych siłowników pneumatycznych dla miękkich robotów. Mają one rozmiar od 2 do 15 mm. Badania zostały opublikowane w Advanced Materials Technologies.

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

Drukowanie 3D DLP działa w ten sposób, że fotoabsorbery są dodawane do roztworów polimerowych. To zwiększa rozdzielczość drukowania 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 uzasadniony kompromis, 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 określić 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 roboty z różnymi strukturami i trybami zmiany kształtu, wszystkie mniejsze niż jeden dolar singapurski, na samozbudowanym systemie drukowania 3D z wieloma materiałami. Ta sama metodyka powinna być kompatybilna z handlowymi drukarkami stereolitograficznymi (SLA) lub DLP, ponieważ nie wymaga modyfikacji 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. Może ono nawigować w ograniczonej przestrzeni i zbierać małe obiekty, które są trudne do uzyskania.

Te nowe rozwiązania pomogą w procesie drukowania 3D miniaturowych miękkich robotów o złożonych kształtach i zaawansowanych wielomateriałowych projektach. Integracja wydrukowanych miniaturowych miękkich pneumatycznych siłowników do systemu robota 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 obszarom.

Zobacz więcej z Singapurskiego Uniwersytetu Technologii i Projektowania, gdzie można znaleźć informacje o bieżących badaniach prowadzonych w tych dziedzinach.