Các nhà nghiên cứu phát triển quy trình luồng 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 nghi an toàn với các môi trường phức tạp, và chúng có thể có nhiều thiết kế và kích thước khác nhau, từ mét đến sub micromet. 

Các robot mềm có kích thước milimét có tầm quan trọng đặc biệt, vì chúng có thể bao gồm một sự kết hợp của các bộ truyền động nhỏ được điều khiển bởi áp suất khí nén. Các robot mềm này hữu ích cho việc điều hướng các khu vực bị giới hạn phức tạp, và việc xử lý các vật thể nhỏ. 

Một trong những hậu quả của việc giảm kích thước robot mềm khí nén xuống milimét là chúng có các tính năng tinh tế hơn. Những tính năng này được giảm xuống hơn một cấp độ của độ lớn. Thiết kế này đòi hỏi sự khéo léo lớn khi tạo ra chúng thông qua các phương tiện truyền thống như khuôn đúc và công nghệ lithography 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. Các ví dụ thành công về in 3D robot mềm khí nén nhỏ không thường 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 Nam (SUSTech), và Đại học Chiết Giang (ZJU), đã tạo ra một quy trình luồng chung để hướng dẫn in 3D DLP của các bộ truyền động khí nén nhỏ cho robot mềm. Những bộ truyền động này có kích thước tổng thể từ 2-15 mm. Nghiên cứu được công bố trên Công nghệ Vật liệu Tiên tiến. 

“Chúng tôi đã tận dụng hiệu suất cao và độ phân giải của in 3D DLP để tạo ra các bộ truyền động robot mềm nhỏ,” said Giáo sư liên kết Qi (Kevin) Ge từ SUSTech, người đứng đầu dự án nghiên cứu. “Để đảm bảo độ trung thực của quá trình in và hiệu suất cơ học trong các sản phẩm in, chúng tôi đã giới thiệu một mô hình mới cho việc điều chỉnh hệ thống và hiệu quả của công thức vật liệu và các tham số xử lý chính.”

Cách thức in 3D DLP hoạt động là các chất hấp thụ ánh sáng được thêm vào các dung dịch polymer. Điều này tăng cường độ phân giải in theo hướng ngang và dọc. Việc tăng lượng chất hấp thụ ánh sáng sẽ gây ra sự suy giảm nhanh chóng về độ đàn hồi của vật liệu. Độ đàn hồi cực kỳ quan trọng để robot mềm có thể duy trì các biến dạng lớn. 

“Để đạt được sự cân bằng hợp lý, chúng tôi đầu tiên đã chọn một chất hấp thụ ánh sáng có khả năng hấp thụ tốt tại bước sóng của ánh sáng UV được chiếu và xác định công thức vật liệu phù hợp dựa trên các thử nghiệm hiệu suất cơ học. Tiếp theo, chúng tôi đã đặc trưng hóa độ sâu chữa và độ trung thực XY để xác định sự kết hợp phù hợp của thời gian phơi sáng và độ dày lớp cắt,” giải thích đồng tác giả đầu tiên Yuan-Fang Zhang từ SUTD.

“Bằng cách tuân theo quy trình luồng này, chúng tôi có thể sản xuất một loạt các bộ truyền động robot mềm khí nén nhỏ với các cấu trúc và chế độ biến hình khác nhau, tất cả đều nhỏ hơn một đồng tiền Singapore, trên một hệ thống in 3D đa vật liệu tự xây dựng. Phương pháp luận tương tự nên tương thích với các máy in 3D stereolithography (SLA) hoặc DLP thương mại vì không cần sửa đổi phần cứng,” nói tác giả tương ứng Giáo sư Qi Ge từ SUSTech.

Ngoài ra, các nhà nghiên cứu cũng đã phát triển một thiết bị loại bỏ mảnh vụn mềm có một bộ điều khiển liên tục và một kẹp khí nén mềm in 3D nhỏ. Nó có khả năng điều hướng qua một không gian bị giới hạn và thu thập các vật thể nhỏ ở những vị trí khó tiếp cận. 

Những phát triển mới này sẽ giúp trong quá trình in 3D robot mềm nhỏ với các hình học phức tạp và thiết kế đa vật liệu tinh vi. Việc tích hợp các bộ truyền động khí nén mềm in 3D vào một hệ thống robot sẽ cung cấp nhiều cơ hội. Những công nghệ mới này có thể được áp dụng cho các ứng dụng như bảo trì 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 các nghiên cứu hiện tại đang được thực hiện trong các lĩnh vực này.