中日两国研究出3D打印软体机器人手指,可作用于制造软致动器

发表于 讨论求助 2021-06-18 16:42:22

科沃斯智能机器人
【极果播报】据外媒报道,由浙江工业大学,天津大学,南京理工大学和立命馆大学组成的研究联盟已使用3D打印创建了柔软的机器人手指。这项研究旨在证明了多材料3D打印不仅可以用于制造软致动器,还可以用于制造功能传感器。
 
据悉,该机器人手指由嵌入式单电极摩擦电曲率传感器(S-TECS)驱动,在无外部电源的情况下,依然可以以超低工作频率下感应弯曲曲率。研究人员希望这项创新将为简单、快速的制造过程铺平道路,未来可以生产可控的软机器人。
 
使用软材料和顺应性结构的混合物构造机器人正日益为应对人口老龄化带来的挑战提供解决了方案。随着软机器人研究的发展和新制造方法的发展,人机交互变得越来越安全,并为该技术开辟了新的应用。现在,已经可以实现直接打印具有气密性复杂结构和硬组件的软机器人,例如Wyss Institute于2015年生产的 3D打印跳跃机器人。
 
据研究联盟的成员的爆料,这款柔软的机器人手指在设计之初已将基于压电,导电,磁性和有机光学材料的软件传感器集成到其软件机器人设计中。不过,这些传感器可能具有诸如原型制作时间长,电缆连接不稳定,系统组装复杂以及系统集成困难等缺点。
 
所以,研究小组选择使用摩擦电传感器。这种类型的组件提供了很高的可拉伸性和灵敏度,从而使机械手可以实时主动感知和感知其变形或响应。在该过程中3D打印起到了很大的作用,它不仅能够使用多种材料,并利用缩短了原型制作时间的一步式打印过程。而研究人员的S-TECS传感器是通过将摩擦电曲率传感器和可伸缩电极相结合而构造的,避免了与先前项目相同的集成复杂性。

这款柔软机器人手指的主体由与主气道相连的九个充气腔组成,每个充气腔均呈矩形,以提供用于印刷S-TECS图案的平坦表面。硬增强腔室的宽度为2 mm,两端具有两个垫片,以支撑S-TECS的顶层,并在两层之间保持3 mm的高度。附加手指只能根据其腔室配置在一个方向上弯曲。当手指弯曲时,S-TECS的顶层开始接近底层,直到完全接触,激活触点带电并发电。
 
研究人员使用Stratasys多材料Objet350 3D打印机将这款柔软的机器人手指分两个部分:增强的软主体和连接器,然后逐个生产。S-TECS的图案直接印刷在手指主体的顶面上,以简化整个制造过程,并减少生产时间。使用摩擦状的AgilusBlack印刷材料生产该装置的摩擦电层和柔软体,因为它的拉伸强度为2.75 MPa,断裂伸长率为250%。固化在室温下进行24小时,然后将手指的3D打印部件拧在一起,并通过硅酮粘合剂粘贴S-TECS,组装完成。
 
通过改变表面结构,施加在其上的力以及自动设置的工作频率来测试传感器在不同件下的性能。未发现将传感器与不同的软材料集成在一起会降低整个机器人系统的灵活性和适应性。

该项测试不仅证明了S-TECS作为自供电曲率传感器的有效性,而且证明了使用多材料3-D打印技术创建具有摩擦电层的柔软机器人结构的可行性。因此研究人员得出结论,该方法有可能在未来使用先进传感功能的机器人应用中使用。
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