Исследователи разработали процесс потока для руководства 3D-печатью в области мягкой робототехники

Мягкая робототехника – это растущая область в рамках искусственного интеллекта. Эти системы способны безопасно адаптироваться к сложным средам, и они могут иметь различные конструкции и размеры, от метров до субмикрометров.

Мягкие роботы, которые находятся в миллиметровом масштабе, имеют особое значение, поскольку они способны состоять из комбинации миниатюрных актуаторов, управляемых пневматическим давлением. Эти мягкие роботы полезны для навигации в сложных замкнутых пространствах и манипуляции с небольшими объектами.

Одним из последствий уменьшения размера мягких пневматических роботов до миллиметров является то, что они имеют более тонкие особенности. Они уменьшаются более чем на один порядок величины. Эта конструкция требует большого количества тщательности при создании их традиционными методами, такими как формовка и мягкая литография. Существуют новые технологии, такие как цифровая световая обработка (DLP), которые обеспечивают высокую теоретическую разрешающую способность, но все еще трудно избежать засорения. Успешные примеры 3D-печати миниатюрных мягких пневматических роботов встречаются не часто.

Исследователи из Сингапура и Китая, в основном из Сингапурского университета технологий и дизайна (SUTD), Южного университета науки и технологий (SUSTech) и Университета Чжэцзяна (ZJU), разработали универсальный процесс потока для руководства DLP 3D-печатью миниатюрных пневматических актуаторов для мягких роботов. Они имеют общий размер 2-15 мм. Исследование было опубликовано в Advanced Materials Technologies.

“Мы использовали высокую эффективность и разрешающую способность DLP 3D-печати для изготовления миниатюрных мягких робототехнических актуаторов”, – сказал доцент Qi (Kevin) Ge из SUSTech, ведущий исследователь проекта. “Чтобы обеспечить надежную верность печати и механические свойства в напечатанных изделиях, мы ввели новую парадигму для систематического и эффективного подбора формулы материала и ключевых параметров обработки.”

Принцип работы DLP 3D-печати заключается в добавлении фотоабсорберов в полимерные растворы. Это повышает разрешающую способность печати в поперечном и вертикальном направлениях. Увеличение количества может привести к быстрому ухудшению эластичности материала. Эластичность имеет крайне важное значение для мягких роботов, чтобы выдерживать большие деформации.

“Чтобы достичь разумного компромисса, мы сначала выбрали фотоабсорбер с хорошей поглощаемостью на длине волны проецируемого ультрафиолетового света и определили подходящую формулу материала на основе механических испытаний. Затем мы охарактеризовали глубину отверждения и верность XY, чтобы определить подходящую комбинацию времени экспозиции и толщины слоя”, – объяснил соавтор Yuan-Fang Zhang из SUTD.

“Следуя этому процессу потока, мы можем производить разнообразные миниатюрные мягкие пневматические робототехнические актуаторы с различными структурами и морфными режимами, все меньше одной монеты в один сингапурский доллар, на самодельной многоматериальной 3D-печатной системе. Та же методология должна быть совместима с коммерческими стереолитографическими (SLA) или DLP 3D-принтерами, поскольку не требуется никаких аппаратных модификаций”, – сказал соответствующий автор профессор Qi Ge из SUSTech.

Помимо всего этого, исследователи также разработали мягкий удалитель мусора, который имеет манипулятор с непрерывным управлением и 3D-печатный миниатюрный мягкий пневматический захват. Он способен ориентироваться в замкнутом пространстве и собирать небольшие объекты, которые находятся в труднодоступных местах.

Эти новые разработки помогут в процессе 3D-печати миниатюрных мягких роботов с сложными геометриями и изощренными многоматериальными конструкциями. Интеграция напечатанных миниатюрных мягких пневматических актуаторов в робототехническую систему обеспечит множество возможностей. Эти новые технологии могут быть применены в таких областях, как техническое обслуживание двигателей и минимально инвазивная хирургия, и они будут продолжать разрабатываться, чтобы принести пользу еще большему количеству областей.

Подробнее можно узнать на сайте Сингапурского университета технологий и дизайна, где можно найти информацию о текущих исследованиях в этих областях.