这款3D打印的软体机器人手拥有“骨骼”、“韧带”和“肌腱”

3D打印的设计通常局限于快干聚合物,但一种新方法带来了狂野、软体机器人的无限可能。
Side by side of 3D printed robot hand gripping pen and bottle
研究人员3D打印了一个机器人手、一个六足机器人、“心脏”泵和一个超材料立方体。苏黎世联邦理工学院 / Thomas Buchner

软体机器人手“复杂”都有点轻描淡写了。这些设计需要考虑许多工程因素,包括材料的弹性和耐用性。这通常需要为每个组件单独进行3D打印工艺,常常使用多种塑料和聚合物。然而,现在,来自苏黎世联邦理工学院和麻省理工学院的子公司Inkbit的工程师们,可以利用带有激光扫描仪和反馈学习的3D打印机,创造出极其精密的产物。研究人员令人印象深刻的成果包括一个六足抓手机器人、一个人工“心脏”泵、坚固的超材料,以及一个完整的、可活动的软体机器人手,其中包含人造肌腱、韧带和骨骼。

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传统的3D打印机使用快速固化丙烯酸酯塑料。在这个过程中,紫外线灯会迅速硬化通过打印喷嘴分层堆积的延展性塑料凝胶,同时刮刀会去除表面的瑕疵。虽然有效,但快速固化可能会限制产品的形态、功能和灵活性。但尝试将快干塑料替换为慢干聚合物,如环氧树脂和硫醇,会扰乱机械装置,这意味着许多软体机器人组件需要单独的制造方法。

考虑到这一点,设计师们想知道,在快速打印调整的同时加入扫描技术是否能解决慢干的难题。正如他们在新发表在《自然》杂志上的论文中所详述的,他们的新系统不仅提供了一个解决方案,而且展示了3D打印的慢干聚合物在多种设计中的潜力。

三维扫描技术不进行逐层刮擦去除瑕疵,而是提供近乎即时的表面不规则信息。苏黎世联邦理工学院和麻省理工学院电气工程与计算机科学教授、该研究的合著者Wojciech Matusik在苏黎世联邦理工学院最近的一篇项目介绍中说:“这些数据被发送到打印机的反馈机制,然后打印机可以‘实时、精确地’调整所需的材料量。”

为了展示他们新方法的潜力,研究人员使用慢干聚合物创造了四种不同的3D打印项目——一个坚固的超材料立方体,一个能够在其系统中输送“液体”的心脏状流体泵,一个顶部带有传感器驱动的双爪抓手的六足机器人,以及一个能够通过嵌入式传感器垫抓取物体的可活动手。
尽管在生产方法、聚合物的化学成分和使用寿命方面仍需要改进,但该团队认为,这种相对快速且适应性强的3D打印方法有一天可能导致一系列新颖的工业、建筑和机器人设计。例如,软体机器人在与人类协同工作时受伤的风险更小,并且比标准的金属机器人对手部脆弱物品的处理能力更强。然而,现有技术已经生产出了过去3D打印机无法实现的设计。

 

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Andrew Paul

特约撰稿人

Andrew Paul 是 Popular Science 的特约撰稿人。


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