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国际动态 | 加州大学使用3D打印创建“类似于昆虫”的软机器人
发布时间:2021.06.29    新闻来源:南极熊   浏览次数:

 

 

加利福尼亚大学圣地亚哥分校的研究人员已经使用3D打印技术生产出了柔软而灵活的行走“类昆虫”机器人。用于制造机器人的预算型增材制造技术可以降低3D打印软机器人的入门成本,并为该技术在对人类不安全的地方打开新的应用。

根据研究人员的说法,制造昆虫机器人的主要挑战之一是重建复杂的外骨骼结构力学。外壳需要提供多种功能,包括结构支撑、关节灵活性和身体保护,同时提供传感、抓取和附着的功能表面特征。


圣地亚哥的研究小组观察到,昆虫四肢的活动能力是由刚性、柔性和梯度刚度元素的排列决定的,而昆虫的外骨骼是刚性和柔性机械部件的混合结构。因此,未来的迭代需要一种混合的构建方法,以便更好地反映它们所基于的昆虫模型。

最近,机器人专家开始使用多材料3D打印,激光切割,层压和压铸法,将身体和四肢的适应性纳入机器人设计中。这些制造技术也有缺点,因为它们通常以获取昂贵且耗时的制造工具为代价,这些工具提供了有限的材料选择。


为了使他们能够以更节省成本的方式3D打印柔性和弹性外骨骼,研究团队设计了一种新颖的混合方法,称为弹性骨骼打印。使用熔融沉积建模(FDM)3D打印机和标准的长丝材料(例如丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS))使该方法更便宜且更易于使用。此外,新技术不同于传统方法,而是通过将3D刚性细丝直接打印到加热的热塑性薄膜上,来制造软机器人。这种方法为沉积的材料提供了灵活而坚固的基础层,并能够精确控制机器人体内关节和支杆的刚度和特性。

在标准FDM 打印中,塑料丝(例如ABS或聚乳酸(PLA))通过加热喷嘴的孔口挤出,并沉积在平坦的打印表面上。另一方面,柔性骨架工艺使用改良的Prusa i3 MK3S或LulzBot Taz 6 FDM 3D打印机,将长丝直接沉积到加热的热塑性基础层上。这导致沉积材料与不可延伸的柔性基材之间的高粘结强度,从而提高了抗疲劳性。柔性骨架打印的粘合过程也不需要额外的粘合剂或固化剂,因为长丝在挤出过程中直接粘合到基础层上。


为了测试所生产组件的强度和抗疲劳性,该团队制造了具有均匀矩形几何形状的柔性梁。将每个梁弯曲到恒定应力状态,并保持该位置10秒钟,以模拟机器人腿弯曲并固定在适当位置以支撑载荷的情况。然后,研究团队通过拍摄未加载光束偏转角的图像来测量光束的蠕变角,该图像是在测试前从中立位置测量的。通过添加聚碳酸酯(PC)层,研究人员发现,他们能够在300个负载循环周期内将3D打印光束的蠕变变形降低70%。

 

 
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