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3D資訊
首頁 > 資訊中心山東青島3D打印機器人手足重量1000倍的負重
發(fā)布時間：2022-08-14
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用 SLA 3D打印的人造肌肉以類似人類的效率抓取物體。
栩栩如生的肢體由一系列基于 GeometRy 的執(zhí)行器提供動力，這些執(zhí)行器可以收縮和拉長或“GRACES”，由樹脂膜3D打印，使它們能夠像肌肉一樣伸展和收縮。這些微型致動器僅重 8 克，可舉起高達自身重量 1000 倍的重量，當集成到機器人手中時，它們已顯示出彎曲手指、扭轉手掌和轉動手腕的能力。
IIT 研究人員的機器人配備了3D打印的 GRACE 執(zhí)行器
基于3D打印的生物模擬
自然界充滿了動植物進化出具有理想強度、重量和耐久性品質的細胞結構的例子，這些例子繼續(xù)為材料科學家和工程師提供靈感。為了在人造結構和機器人技術中重現(xiàn)這些特性，研究人員經(jīng)常轉向3D打印，并在這樣做的過程中完成了一些令人印象深刻的仿生學。
在浙江大學，科學家們開發(fā)出了一種以墨魚為靈感的3D打印結構，模仿了這種海洋生物獨特的能量吸收能力。事實上，該團隊的早期模型非?？箟嚎s，它們能夠承受重量高達自身20000倍的變形。同樣地，國立臺灣科技大學的工程師們用FDM 3D打印出了海膽殼形狀的格子，不需要任何支撐材料。
在其他地方，在模擬生物的軟機器人嘗試中，研究人員部署了能夠將能量和電信號轉換為運動的驅動器，從而創(chuàng)造出具有逼真運動的機器人。日本山形大學的一個研究小組提出了一種完全3D打印的軟驅動器作為水母機器人的基礎，而中國的科學家們已經(jīng)轉向通過3D打印軟機器人手指來生產(chǎn)肢體。
印度理工學院的研究小組表示，通過有效地結合這些方法，3D打印出足夠強大和靈活的軟驅動器，可以有效地“與自然和社會環(huán)境相結合”，應用范圍從生物多樣性保護到老年護理。因此，該團隊認為他們的機械手原型是使這種設備更容易制造的第一步。
從 FEM 模擬中獲得的 GRACE 應變分布結果
開發(fā) GRACE-ful 機械手
根據(jù) IIT 研究人員的說法，人工致動器現(xiàn)在已經(jīng)達到了他們能夠實現(xiàn)與生物肌肉相同的收縮性能的發(fā)展階段。然而，在他們的論文中，該團隊補充說，通過人體內(nèi)部肌肉的復雜排列來重現(xiàn)“運動的多功能性和優(yōu)雅性”仍然非常困難。
為了解決這個問題，科學家們基本上開發(fā)了人造肌肉。這些 GRACE 由單一材料的褶皺膜組成，使用數(shù)學模型從頭開始構建以收縮和擴展。結果，致動器能夠在不集成應變限制元件的情況下按預期執(zhí)行。
團隊的光彈性測試裝置
事實證明，根據(jù)制造設備所用材料的參數(shù)，它們能夠舉起比自身重幾個數(shù)量級的物體。在一個案例中，一個 8 克的原型 GRACE 甚至可以舉起 8 公斤的重量，這讓科學家們考慮將它們作為一種模仿真實肌肉和身體部位的手段的潛力。
為了測試這一理論，研究人員選擇連接 18 個不同尺寸的執(zhí)行器來創(chuàng)建機器人手和手腕。通過對每個3D打印薄膜施加壓力，他們發(fā)現(xiàn)可以以類似人類的動作和效率來操作手。在成功測試了他們的方法后，該團隊表示，它證明了在一個生產(chǎn)步驟中3D打印功能性肌肉是可能的。
該團隊在論文中總結道：“GRACE 可以通過低成本的增材制造制造，甚至可以直接構建在功能性設備中，例如一次性完全3D打印的氣動人工手。” “這使得基于氣動人工肌肉的設備的原型設計和制造更快、更直接?！?/span>
栩栩如生的肢體由一系列基于 GeometRy 的執(zhí)行器提供動力，這些執(zhí)行器可以收縮和拉長或“GRACES”，由樹脂膜3D打印，使它們能夠像肌肉一樣伸展和收縮。這些微型致動器僅重 8 克，可舉起高達自身重量 1000 倍的重量，當集成到機器人手中時，它們已顯示出彎曲手指、扭轉手掌和轉動手腕的能力。
IIT 研究人員的機器人配備了3D打印的 GRACE 執(zhí)行器
基于3D打印的生物模擬
自然界充滿了動植物進化出具有理想強度、重量和耐久性品質的細胞結構的例子，這些例子繼續(xù)為材料科學家和工程師提供靈感。為了在人造結構和機器人技術中重現(xiàn)這些特性，研究人員經(jīng)常轉向3D打印，并在這樣做的過程中完成了一些令人印象深刻的仿生學。
在浙江大學，科學家們開發(fā)出了一種以墨魚為靈感的3D打印結構，模仿了這種海洋生物獨特的能量吸收能力。事實上，該團隊的早期模型非?？箟嚎s，它們能夠承受重量高達自身20000倍的變形。同樣地，國立臺灣科技大學的工程師們用FDM 3D打印出了海膽殼形狀的格子，不需要任何支撐材料。
在其他地方，在模擬生物的軟機器人嘗試中，研究人員部署了能夠將能量和電信號轉換為運動的驅動器，從而創(chuàng)造出具有逼真運動的機器人。日本山形大學的一個研究小組提出了一種完全3D打印的軟驅動器作為水母機器人的基礎，而中國的科學家們已經(jīng)轉向通過3D打印軟機器人手指來生產(chǎn)肢體。
印度理工學院的研究小組表示，通過有效地結合這些方法，3D打印出足夠強大和靈活的軟驅動器，可以有效地“與自然和社會環(huán)境相結合”，應用范圍從生物多樣性保護到老年護理。因此，該團隊認為他們的機械手原型是使這種設備更容易制造的第一步。
從 FEM 模擬中獲得的 GRACE 應變分布結果
開發(fā) GRACE-ful 機械手
根據(jù) IIT 研究人員的說法，人工致動器現(xiàn)在已經(jīng)達到了他們能夠實現(xiàn)與生物肌肉相同的收縮性能的發(fā)展階段。然而，在他們的論文中，該團隊補充說，通過人體內(nèi)部肌肉的復雜排列來重現(xiàn)“運動的多功能性和優(yōu)雅性”仍然非常困難。
為了解決這個問題，科學家們基本上開發(fā)了人造肌肉。這些 GRACE 由單一材料的褶皺膜組成，使用數(shù)學模型從頭開始構建以收縮和擴展。結果，致動器能夠在不集成應變限制元件的情況下按預期執(zhí)行。
團隊的光彈性測試裝置
事實證明，根據(jù)制造設備所用材料的參數(shù)，它們能夠舉起比自身重幾個數(shù)量級的物體。在一個案例中，一個 8 克的原型 GRACE 甚至可以舉起 8 公斤的重量，這讓科學家們考慮將它們作為一種模仿真實肌肉和身體部位的手段的潛力。
為了測試這一理論，研究人員選擇連接 18 個不同尺寸的執(zhí)行器來創(chuàng)建機器人手和手腕。通過對每個3D打印薄膜施加壓力，他們發(fā)現(xiàn)可以以類似人類的動作和效率來操作手。在成功測試了他們的方法后，該團隊表示，它證明了在一個生產(chǎn)步驟中3D打印功能性肌肉是可能的。
該團隊在論文中總結道：“GRACE 可以通過低成本的增材制造制造，甚至可以直接構建在功能性設備中，例如一次性完全3D打印的氣動人工手。” “這使得基于氣動人工肌肉的設備的原型設計和制造更快、更直接?！?/span>