《Science Robotics》：巴斯夫CARA和加州大學(xué)聯(lián)手打造3D打印軟體機(jī)器人設(shè)備

2023年7月30日，南極熊獲悉，來自巴斯夫加州研究聯(lián)盟 (CARA)和加州大學(xué)圣地亞哥分校 (UC)的研究團(tuán)隊(duì)革命性地改進(jìn)了軟體機(jī)器人技術(shù)。研究人員 Yichen Zhai、Albert de Boer、Martin Faber、Rohini Gupta 和 Michael T. Tolley 已成功在嵌入流體控制電路的桌面 3D 打印機(jī)上制造出一款整體軟機(jī)器人設(shè)備。該項(xiàng)目使用熔絲制造 (FFF) 技術(shù)和Ultrafuse TPU材料來構(gòu)建創(chuàng)新的夾具，這種材料組成保證了人們使用時的安全性。

這項(xiàng)研究的完整細(xì)節(jié)可以在《科學(xué)機(jī)器人》最近發(fā)表的封面文章中找到，標(biāo)題為“Desktopfabrication of monolithic soft robotic devices with embedded fluidic controlcircuits/具有嵌入式流體控制電路的單片軟機(jī)器人設(shè)備的桌面級制造”。

相關(guān)論文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.adg3792

與依賴氣動驅(qū)動和涉及手工模塑/組裝的制造方法的傳統(tǒng)軟機(jī)器人相比，這些新設(shè)備采用 3D 打印制造，減少了手工工作的需要，并允許創(chuàng)建更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。

FFF 打印的軟機(jī)器人遇到的一個常見挑戰(zhàn)是它們的高有效剛度和潛在的泄漏，這可能會限制它們的功能。為了解決這些問題，研究人員提出了一種巧妙的設(shè)計(jì)來生產(chǎn)柔軟、防漏的氣動機(jī)器人設(shè)備，在打印過程中將流體控制組件嵌入致動器中。他們實(shí)現(xiàn)了更柔軟的執(zhí)行器，可以彎曲形成一個完整的圓圈，以及能夠控制高壓氣流的打印氣動閥。

該團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步將這些執(zhí)行器和閥門結(jié)合起來，創(chuàng)建了一個無電子的自主夾具。該設(shè)備的非凡之處在于，它是在一個連續(xù)的 3D 打印工作流程中生產(chǎn)的，該工作流程持續(xù)了 16 小時 19 分鐘。最終產(chǎn)品無需后處理、組裝或維修——確保了高度的可重復(fù)性和可訪問性。

相同的制造策略可以擴(kuò)展到具有嵌入式傳感和控制電路的其他氣動裝置。關(guān)鍵設(shè)計(jì)規(guī)則包括使用單個連續(xù)刀具路徑（稱為歐拉路徑）進(jìn)行打印，以及創(chuàng)建具有超薄壁的結(jié)構(gòu)。這導(dǎo)致了低剛度結(jié)構(gòu)，與硅膠模制部件相當(dāng)。

生產(chǎn)的夾具在打印后即可立即使用，具有自動拾取和釋放物體的能力。它可以使用類似的桌面3D 打印機(jī)輕松復(fù)制，這使其成為制造業(yè)和農(nóng)業(yè)等各個行業(yè)的有吸引力的工具。

巴斯夫和加州大學(xué)圣地亞哥分校之間的合作不僅產(chǎn)生了創(chuàng)新的制造方法，還建立了新的設(shè)計(jì)規(guī)則，從而產(chǎn)生了高性能、氣密性良好的自主氣動裝置。這一進(jìn)步預(yù)示著軟機(jī)器人技術(shù)的新時代，復(fù)雜的定制機(jī)器人可以在單一的整體打印過程中設(shè)計(jì)和生產(chǎn)。