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首页 > 资讯中心山(shān)东青岛3D打印机器人手足重量1000倍的负重
发布时间：2022-08-14
浏览人次：489次
用(yòng) SLA 3D打印的人造肌肉以类似人类的效率抓取物(wù)體(tǐ)。
栩栩如生的肢體(tǐ)由一系列基于 GeometRy 的执行器提供动力，这些执行器可(kě)以收缩和拉長(cháng)或“GRACES”，由树脂膜3D打印，使它们能(néng)够像肌肉一样伸展和收缩。这些微型致动器仅重 8 克，可(kě)举起高达自身重量 1000 倍的重量，当集成到机器人手中时，它们已显示出弯曲手指、扭转手掌和转动手腕的能(néng)力。
IIT 研究人员的机器人配备了3D打印的 GRACE 执行器
基于3D打印的生物(wù)模拟
自然界充满了动植物(wù)进化出具有(yǒu)理(lǐ)想强度、重量和耐久性品质的细胞结构的例子，这些例子继续為(wèi)材料科(kē)學(xué)家和工程师提供灵感。為(wèi)了在人造结构和机器人技术中重现这些特性，研究人员经常转向3D打印，并在这样做的过程中完成了一些令人印象深刻的仿生學(xué)。
在浙江大學(xué)，科(kē)學(xué)家们开发出了一种以墨鱼為(wèi)灵感的3D打印结构，模仿了这种海洋生物(wù)独特的能(néng)量吸收能(néng)力。事实上，该团队的早期模型非常抗压缩，它们能(néng)够承受重量高达自身20000倍的变形。同样地，國(guó)立台湾科(kē)技大學(xué)的工程师们用(yòng)FDM 3D打印出了海胆壳形状的格子，不需要任何支撑材料。
在其他(tā)地方，在模拟生物(wù)的软机器人尝试中，研究人员部署了能(néng)够将能(néng)量和電(diàn)信号转换為(wèi)运动的驱动器，从而创造出具有(yǒu)逼真运动的机器人。日本山(shān)形大學(xué)的一个研究小(xiǎo)组提出了一种完全3D打印的软驱动器作為(wèi)水母机器人的基础，而中國(guó)的科(kē)學(xué)家们已经转向通过3D打印软机器人手指来生产肢體(tǐ)。
印度理(lǐ)工學(xué)院的研究小(xiǎo)组表示，通过有(yǒu)效地结合这些方法，3D打印出足够强大和灵活的软驱动器，可(kě)以有(yǒu)效地“与自然和社会环境相结合”，应用(yòng)范围从生物(wù)多(duō)样性保护到老年护理(lǐ)。因此，该团队认為(wèi)他(tā)们的机械手原型是使这种设备更容易制造的第一步。
从 FEM 模拟中获得的 GRACE 应变分(fēn)布结果
开发 GRACE-ful 机械手
根据 IIT 研究人员的说法，人工致动器现在已经达到了他(tā)们能(néng)够实现与生物(wù)肌肉相同的收缩性能(néng)的发展阶段。然而，在他(tā)们的论文(wén)中，该团队补充说，通过人體(tǐ)内部肌肉的复杂排列来重现“运动的多(duō)功能(néng)性和优雅性”仍然非常困难。
為(wèi)了解决这个问题，科(kē)學(xué)家们基本上开发了人造肌肉。这些 GRACE 由单一材料的褶皱膜组成，使用(yòng)数學(xué)模型从头开始构建以收缩和扩展。结果，致动器能(néng)够在不集成应变限制元件的情况下按预期执行。
团队的光弹性测试装置
事实证明，根据制造设备所用(yòng)材料的参数，它们能(néng)够举起比自身重几个数量级的物(wù)體(tǐ)。在一个案例中，一个 8 克的原型 GRACE 甚至可(kě)以举起 8 公斤的重量，这让科(kē)學(xué)家们考虑将它们作為(wèi)一种模仿真实肌肉和身體(tǐ)部位的手段的潜力。
為(wèi)了测试这一理(lǐ)论，研究人员选择连接 18 个不同尺寸的执行器来创建机器人手和手腕。通过对每个3D打印薄膜施加压力，他(tā)们发现可(kě)以以类似人类的动作和效率来操作手。在成功测试了他(tā)们的方法后，该团队表示，它证明了在一个生产步骤中3D打印功能(néng)性肌肉是可(kě)能(néng)的。
该团队在论文(wén)中总结道：“GRACE 可(kě)以通过低成本的增材制造制造，甚至可(kě)以直接构建在功能(néng)性设备中，例如一次性完全3D打印的气动人工手。” “这使得基于气动人工肌肉的设备的原型设计和制造更快、更直接。”
栩栩如生的肢體(tǐ)由一系列基于 GeometRy 的执行器提供动力，这些执行器可(kě)以收缩和拉長(cháng)或“GRACES”，由树脂膜3D打印，使它们能(néng)够像肌肉一样伸展和收缩。这些微型致动器仅重 8 克，可(kě)举起高达自身重量 1000 倍的重量，当集成到机器人手中时，它们已显示出弯曲手指、扭转手掌和转动手腕的能(néng)力。
IIT 研究人员的机器人配备了3D打印的 GRACE 执行器
基于3D打印的生物(wù)模拟
自然界充满了动植物(wù)进化出具有(yǒu)理(lǐ)想强度、重量和耐久性品质的细胞结构的例子，这些例子继续為(wèi)材料科(kē)學(xué)家和工程师提供灵感。為(wèi)了在人造结构和机器人技术中重现这些特性，研究人员经常转向3D打印，并在这样做的过程中完成了一些令人印象深刻的仿生學(xué)。
在浙江大學(xué)，科(kē)學(xué)家们开发出了一种以墨鱼為(wèi)灵感的3D打印结构，模仿了这种海洋生物(wù)独特的能(néng)量吸收能(néng)力。事实上，该团队的早期模型非常抗压缩，它们能(néng)够承受重量高达自身20000倍的变形。同样地，國(guó)立台湾科(kē)技大學(xué)的工程师们用(yòng)FDM 3D打印出了海胆壳形状的格子，不需要任何支撑材料。
在其他(tā)地方，在模拟生物(wù)的软机器人尝试中，研究人员部署了能(néng)够将能(néng)量和電(diàn)信号转换為(wèi)运动的驱动器，从而创造出具有(yǒu)逼真运动的机器人。日本山(shān)形大學(xué)的一个研究小(xiǎo)组提出了一种完全3D打印的软驱动器作為(wèi)水母机器人的基础，而中國(guó)的科(kē)學(xué)家们已经转向通过3D打印软机器人手指来生产肢體(tǐ)。
印度理(lǐ)工學(xué)院的研究小(xiǎo)组表示，通过有(yǒu)效地结合这些方法，3D打印出足够强大和灵活的软驱动器，可(kě)以有(yǒu)效地“与自然和社会环境相结合”，应用(yòng)范围从生物(wù)多(duō)样性保护到老年护理(lǐ)。因此，该团队认為(wèi)他(tā)们的机械手原型是使这种设备更容易制造的第一步。
从 FEM 模拟中获得的 GRACE 应变分(fēn)布结果
开发 GRACE-ful 机械手
根据 IIT 研究人员的说法，人工致动器现在已经达到了他(tā)们能(néng)够实现与生物(wù)肌肉相同的收缩性能(néng)的发展阶段。然而，在他(tā)们的论文(wén)中，该团队补充说，通过人體(tǐ)内部肌肉的复杂排列来重现“运动的多(duō)功能(néng)性和优雅性”仍然非常困难。
為(wèi)了解决这个问题，科(kē)學(xué)家们基本上开发了人造肌肉。这些 GRACE 由单一材料的褶皱膜组成，使用(yòng)数學(xué)模型从头开始构建以收缩和扩展。结果，致动器能(néng)够在不集成应变限制元件的情况下按预期执行。
团队的光弹性测试装置
事实证明，根据制造设备所用(yòng)材料的参数，它们能(néng)够举起比自身重几个数量级的物(wù)體(tǐ)。在一个案例中，一个 8 克的原型 GRACE 甚至可(kě)以举起 8 公斤的重量，这让科(kē)學(xué)家们考虑将它们作為(wèi)一种模仿真实肌肉和身體(tǐ)部位的手段的潜力。
為(wèi)了测试这一理(lǐ)论，研究人员选择连接 18 个不同尺寸的执行器来创建机器人手和手腕。通过对每个3D打印薄膜施加压力，他(tā)们发现可(kě)以以类似人类的动作和效率来操作手。在成功测试了他(tā)们的方法后，该团队表示，它证明了在一个生产步骤中3D打印功能(néng)性肌肉是可(kě)能(néng)的。
该团队在论文(wén)中总结道：“GRACE 可(kě)以通过低成本的增材制造制造，甚至可(kě)以直接构建在功能(néng)性设备中，例如一次性完全3D打印的气动人工手。” “这使得基于气动人工肌肉的设备的原型设计和制造更快、更直接。”