Các nhà nghiên cứu phát triển dòng quy trình để hướng dẫn in 3D trong lĩnh vực robot mềm

Robot mềm là một lĩnh vực đang phát triển trong Trí tuệ nhân tạo. Các hệ thống này có thể thích ứng một cách an toàn với các môi trường phức tạp và chúng có thể có nhiều thiết kế và thang đo chiều dài khác nhau, từ mét đến micromet phụ. 

Các rô-bốt mềm ở quy mô milimet có tầm quan trọng đặc biệt, vì chúng có thể bao gồm sự kết hợp của các bộ truyền động thu nhỏ được điều khiển bằng áp suất khí nén. Những robot mềm này rất hữu ích để điều hướng các khu vực hạn chế phức tạp và thao tác với các vật thể nhỏ. 

Một trong những hậu quả của việc thu nhỏ robot khí nén mềm xuống milimet là chúng sẽ có các tính năng tốt hơn. Chúng được giảm nhiều hơn một bậc độ lớn. Thiết kế này đòi hỏi sự tinh tế cao khi tạo ra chúng thông qua các phương tiện truyền thống như đúc khuôn và in thạch bản mềm. Có một số công nghệ mới như xử lý ánh sáng kỹ thuật số (DLP) tạo ra độ phân giải lý thuyết cao, nhưng vẫn khó thực hiện mà không bị tắc nghẽn. Những ví dụ thành công về robot khí nén mềm thu nhỏ in 3D không thường xuyên xảy ra. 

Các nhà nghiên cứu từ Singapore và Trung Quốc, chủ yếu từ Đại học Công nghệ và Thiết kế Singapore (SUTD), Đại học Khoa học và Công nghệ Miền Nam (SUSTech), và Đại học Chiết Giang (ZJU), đã tạo ra một quy trình chung để hướng dẫn in 3D DLP các bộ truyền động khí nén thu nhỏ cho rô-bốt mềm. Chúng có kích thước tổng thể từ 2-15 mm. Nghiên cứu đã được công bố trong Công nghệ Vật liệu tiên tiến. 

Phó giáo sư Qi (Kevin) Ge cho biết: “Chúng tôi đã tận dụng hiệu quả và độ phân giải cao của in 3D DLP để chế tạo các bộ truyền động rô-bốt mềm thu nhỏ. SUSTech, nghiên cứu viên chính của dự án nghiên cứu. “Để đảm bảo độ trung thực in đáng tin cậy và hiệu suất cơ học trong các sản phẩm in, chúng tôi đã giới thiệu một mô hình mới để điều chỉnh công thức vật liệu và các thông số xử lý chính một cách có hệ thống và hiệu quả.”

Cách hoạt động của in 3D DLP là các chất hấp thụ ảnh được thêm vào dung dịch polyme. Điều này nâng cao độ phân giải in theo hướng ngang và dọc. Tăng số lượng sẽ gây ra sự suy giảm nhanh chóng về độ đàn hồi của vật liệu. Độ đàn hồi cực kỳ quan trọng đối với robot mềm để duy trì các biến dạng lớn. 

“Để đạt được sự đánh đổi hợp lý, trước tiên, chúng tôi đã chọn một chất hấp thụ quang có độ hấp thụ tốt ở bước sóng của tia UV được chiếu và xác định công thức vật liệu thích hợp dựa trên các thử nghiệm hiệu suất cơ học. Tiếp theo, chúng tôi mô tả độ sâu đóng rắn và độ trung thực XY để xác định sự kết hợp phù hợp giữa thời gian phơi sáng và độ dày lớp lát,” đồng tác giả đầu tiên Yuan-Fang Zhang từ SUTD giải thích.

“Bằng cách tuân theo quy trình này, chúng tôi có thể sản xuất nhiều loại bộ truyền động rô bốt khí nén mềm thu nhỏ với nhiều cấu trúc và chế độ biến hình khác nhau, tất cả đều nhỏ hơn một đồng xu Đô la Singapore, trên hệ thống in 3D đa vật liệu tự chế tạo. Phương pháp tương tự sẽ tương thích với máy in 3D stereolithography (SLA) hoặc DLP thương mại vì không cần sửa đổi phần cứng,” tác giả tương ứng, Giáo sư Qi Ge từ SUSTech cho biết.

Ngoài tất cả những điều này, các nhà nghiên cứu cũng đã phát triển một dụng cụ loại bỏ mảnh vụn mềm có một bộ điều khiển liên tục và một dụng cụ kẹp khí nén mềm thu nhỏ được in 3D. Nó có khả năng điều hướng trong một không gian hạn chế và thu thập các vật thể nhỏ ở những nơi khó tiếp cận. 

Những phát triển mới này sẽ giúp ích trong quá trình in 3D rô-bốt mềm thu nhỏ có hình dạng phức tạp và thiết kế đa vật liệu phức tạp. Việc tích hợp các bộ truyền động khí nén mềm thu nhỏ được in vào một hệ thống rô-bốt sẽ mang lại nhiều cơ hội. Những công nghệ mới này có thể được áp dụng cho các ứng dụng như bảo dưỡng động cơ phản lực và phẫu thuật xâm lấn tối thiểu, và chúng sẽ tiếp tục được phát triển để có thể mang lại lợi ích cho nhiều lĩnh vực hơn. 

Xem thêm từ Đại học Công nghệ và Thiết kế Singapore, nơi bạn có thể tìm thấy thông tin về nghiên cứu hiện tại đang được thực hiện trong các lĩnh vực này.