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

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

Мягкие роботы, имеющие размеры в миллиметрах, имеют особое значение, поскольку они могут состоять из комбинации миниатюрных исполнительных механизмов, управляемых пневматическим давлением. Эти мягкие роботы полезны для навигации в сложных замкнутых пространствах и манипулирования небольшими объектами.

Одним из последствий уменьшения размера мягких пневматических роботов до миллиметров является то, что они имеют более тонкие особенности. Эти особенности уменьшаются более чем на один порядок величины. Создание таких роботов с помощью традиционных методов, таких как формовка и мягкая литография, требует большого количества тщательности. 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 Университета технологий и дизайна Сингапура (SUTD), Южного университета науки и технологий (SUSTech) и Университета Чжэцзяна (ZJU), разработали универсальный процесс потока для руководства DLP 3D-печатью миниатюрных пневматических исполнительных механизмов для мягких роботов. Эти исполнительные механизмы имеют общий размер 2-15 мм. Исследование было опубликовано в Advanced Materials Technologies.

“Мы использовали высокую эффективность и разрешающую способность DLP 3D-печати для создания миниатюрных мягких робототехнических исполнительных механизмов”, – сказал доцент Qi (Kevin) Ge из SUSTech, руководитель исследовательского проекта. “Чтобы обеспечить надежную печать и механические характеристики в печатных продуктах, мы ввели новую парадигму для систематического и эффективного подбора материала и ключевых параметров обработки.”

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

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

“Следуя этому процессу потока, мы можем производить различные миниатюрные мягкие пневматические робототехнические исполнительные механизмы с различными структурами и режимами морфинга, все меньше одной монеты Сингапура, на самодельной многоматериальной 3D-печатной системе. Та же методология должна быть совместима с коммерческими стереолитографическими (SLA) или DLP 3D-принтерами, поскольку не требуется модификация оборудования”, – сказал соответствующий автор профессор Qi Ge из SUSTech.

Помимо всего этого, исследователи также разработали мягкий удалитель мусора, имеющий连续ный манипулятор и 3D-печатный миниатюрный мягкий пневматический захват. Он способен навигировать в замкнутом пространстве и собирать небольшие объекты, которые находятся в трудных для доступа местах.

Эти новые разработки помогут в процессе 3D-печати миниатюрных мягких роботов с сложными геометриями и сложными многоматериальными конструкциями. Интеграция напечатанных миниатюрных мягких пневматических исполнительных механизмов в робототехническую систему предоставит много возможностей. Эти новые технологии могут быть применены в таких областях, как техническое обслуживание двигателей самолетов и минимально инвазивная хирургия, и они будут продолжать разрабатываться, чтобы они могли принести пользу многим другим областям.

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