Дослідники розробили процес потоку для керівництва 3D-друком у сфері м’якої робототехніки

М’яка робототехніка – це зростаюча галузь штучного інтелекту. Ці системи можуть безпечно адаптуватися до складних середовищ і можуть мати різні конструкції та масштаби, від метрів до субмікрометрів.

М’які робототехнічні системи міліметрового масштабу мають особливе значення, оскільки вони можуть складаються з комбінації мініатюрних актуаторів, керованих пневматичним тиском. Ці м’які робототехнічні системи корисні для навігації в складних обмежених просторах та маніпулювання малими об’єктами.

Одним з наслідків зменшення розміру м’яких пневматичних роботів до міліметрів є те, що вони мають більш тонкі особливості. Ці особливості зменшуються більш ніж на один порядок величини. Ця конструкція вимагає великої делікатності при створенні їх традиційними методами, такими як формування та м’яка літографія. Є нові технології, такі як цифровий світлодіодний процес (DLP), які забезпечують високу теоретичну роздільну здатність, але все ще важко уникнути забруднення. Успішні приклади 3D-друку мініатюрних м’яких пневматичних роботів трапляються не часто.

Дослідники з Сінгапуру та Китаю, головним чином з Сінгапурського університету технологій та дизайну (SUTD), Південного університету науки і технологій (SUSTech) та Чжецзянського університету (ZJU), створили загальний процес потоку для керівництва DLP 3D-друком мініатюрних пневматичних актуаторів для м’яких роботів. Ці актуатори мають загальний розмір 2-15 мм. Дослідження було опубліковано в Advanced Materials Technologies.

“Ми використали високу ефективність та роздільну здатність DLP 3D-друку для виготовлення мініатюрних м’яких робототехнічних актуаторів”, – сказав асоційований професор Qi (Kevin) Ge з SUSTech, керівник дослідницького проекту. “Для забезпечення надійної друку та механічної характеристики в друкуваних продуктах ми ввели новий парадигму систематичного та ефективного підбору матеріальної формули та ключових параметрів обробки.”

Принцип дії DLP 3D-друку полягає в тому, що фотоабсорбери додаються до полімерних розчинів. Це підвищує друкувальну роздільну здатність у поздовжньому та поперечному напрямках. Збільшення кількості фотоабсорберів призводить до швидкого погіршення пружності матеріалу. Пружність є дуже важливою для м’яких роботів, щоб вони могли витримувати великі деформації.

“Для досягнення розумного компромісу ми спочатку вибрали фотоабсорбер з хорошою абсорбцією на довжині хвилі проєктованого ультрафіолетового світла та визначили відповідну матеріальну формулювання на основі механічних випробувань. Далі ми характеризували глибину твердіння та XY-відповідність, щоб визначити відповідну комбінацію часу експозиції та товщини шару”, – пояснив співавтор Yuan-Fang Zhang з SUTD.

“Відповідно до цього процесу потоку ми能够 виготовити різноманітні мініатюрні м’які пневматичні робототехнічні актуатори з різними конструкціями та режимами деформації, всі менші за одну сінгапурську доларову монету, на саморобному багатоматеріальному 3D-друкувальному системі. Та сама методологія повинна бути сумісною з комерційними стереолітоGRAФічними (SLA) або DLP 3D-друкувальними системами, оскільки не потрібно жодних апаратних модифікацій”, – сказав відповідальний автор професор Qi Ge з SUSTech.

Крім того, дослідники також розробили м’який збирач сміття, який має безперервний маніпулятор та 3D-друкований мініатюрний м’який пневматичний захват. Він здатний рухатися через обмежений простір та збираючи малі об’єкти, які знаходяться в важкодоступних місцях.

Ці нові розробки допоможуть у процесі 3D-друку мініатюрних м’яких роботів з складними геометріями та складними багатоматеріальними конструкціями. Інтеграція друкуваних мініатюрних м’яких пневматичних актуаторів у робототехнічну систему надасть багато можливостей. Ці нові технології можуть бути застосовані до застосунків, таких як технічне обслуговування двигунів літаків та мінімально інвазивна хірургія, і вони будуть продовжувати розвиватися, щоб вони могли принести користь багатьом іншим галузям.

Дізнайтеся більше від Сінгапурського університету технологій та дизайну, де ви можете знайти інформацію про поточні дослідження в цих галузях.