Badacze przybliżają się do projektowania robotów, powstałych dzięki drukowi 3D „Wstawaj i idź”

Jednym z celów badaczy robotyki, jest uzyskanie wydruku 3D miękkiego robota z samoczynnym uruchamianiem, którego można wyprodukować, a następnie natychmiast odejść od drukarki, z w pełni funkcjonalną maszyną.

Naukowcy z University of California San Diego uważają, że są o krok bliżej do zaprojektowania tak zwanych robotów „wstawaj i idź”, osadzając złożone czujniki w robotycznych członach i chwytakach za pomocą komercyjnej drukarki 3D.

Prototyp nowego miękkiego robota z wbudowanymi czujnikami opracowany przy użyciu standardowej drukarki 3D przez naukowców z University of San Diego. (Źródło zdjęcia: David Baillot / Jacobs School at UC San Diego)

Chociaż jest to znaczący kamień milowy w ich ostatecznym celu, zespół uniwersyteckiej Jacobs School of Engineering przyznał, że musi ulepszyć materiały użyte, zanim roboty drukowane w 3D będą w pełni funkcjonalne, aby osiągnąć zamierzony efekt.

Naukowcy twierdzą, że historycznym wyzwaniem dla stworzenia robotów, które można drukować, a następnie uruchamiać, było opracowanie skutecznych czujników dla robotów miękkich. Typowe czujniki są zbudowane ze sztywnych elementów; jednak miękkie roboty oczywiście potrzebują komponentów, które są bardziej elastyczne i mają bardziej złożone powierzchnie i ruchy niż roboty wykonane z typowych części metalowych lub plastikowych.

„Konstrukcja czujników dla robotów miękkich stanowi trudny problem ze względu na szeroki zakres parametrów projektowych (np. Geometrii, materiału, rodzaju uruchamiania itp.) krytycznych dla ich funkcji” – napisali naukowcy w artykule opublikowanym na temat ich pracy w czasopiśmie Frontiers w robotyce i sztucznej inteligencji . „Podczas gdy konwencjonalne sztywne czujniki działają skutecznie w przypadku miękkiej robotyki w określonych sytuacjach, czujniki, które są bezpośrednio zintegrowane z ciałami miękkich robotów, mogą pomóc poprawić zarówno ich zdolności eksterocepcyjne, jak i interocepcyjne”.

Aby pokonać tę przeszkodę, naukowcy przyjęli podejście dwuetapowe. Najpierw wybrali dostępną w handlu drukarkę – Stratasys Objet350 Connex3, która jest stosowana w wielu laboratoriach robotyki – jako metodę produkcji.

Dokonali również odkrycia, aby pomóc im w wyborze materiału. Zauważyli, że jeden z materiałów używanych przez drukarkę 3D jest wykonany z cząstek węgla, które mogą przewodzić energię do czujników po podłączeniu do źródła zasilania. Naukowcy stwierdzili, że wykorzystają tę czarną żywicę do wytworzenia czujników osadzonych w robotycznych częściach wykonanych z przezroczystego polimeru.

Zabawa z materiałami

W szczególności badacze zastosowali różne polimery, w tym elastyczny, półprzezroczysty fotopolimer, TangoPlus FLX930; elastyczny, czarny fotopolimer TangoBlackPlus FLX980; sztywny, przezroczysty fotopolimer, VeroClear RGD810; oraz elastyczny, niskiej wydajności polimer, SUP705, jako materiał nośnikowy. Czarna żywica posłużyła jako przewodzące ślady czujników.

„Stworzyliśmy geometrię czujników za pomocą oprogramowania do projektowania komputerowego (CAD), wykonaliśmy nasze projekty za pomocą drukarki 3D, a także zabezpieczyliśmy przewody za pomocą pasty srebrnej i mechanicznych odciążeń naprężeń”, napisali naukowcy.

Naukowcy stworzyli szereg prototypów, aby wykazać, że ich proces działa, w tym chwytak robota i mały miękki robot.

Zespół dowiedział się o pewnych ograniczeniach dotyczących materiałów i procesu podczas badań. Odkryli, że po rozciągnięciu czujniki ulegały awarii przy mniej więcej takim samym obciążeniu jak ludzka skóra, co nie było tak nieoczekiwane.

Jednak polimery stosowane przez drukarkę 3D, nie są przeznaczone do przewodzenia elektryczności zgodnie z projektem, więc naukowcy odkryli, że ich wydajność nie jest optymalna. Roboty wymagają również dużo obróbki, zanim będą mogły właściwie funkcjonować – w tym mycie w celu oczyszczenia zanieczyszczeń oraz suszenie – więc nie udało się jeszcze uzyskać charakterystyki „wstawania i ruszania”.

Prace wykazały jednak, że możliwe jest wyposażenie miękkich robotów drukowanych w 3D w czujniki i powinny one pomóc w przyszłych pracach nad stworzeniem w pełni funkcjonalnych robotów, bezpośrednio przy użyciu tego rodzaju metody wytwarzania, podali naukowcy.

„Wbudowany wydruk czujników, jest potężnym procesem, który mógłby umożliwić i usprawnić bezproblemową integrację czujników z miękkimi robotami, ale nie istnieje jeszcze odpowiednia, dostępna na rynku, łatwa w użyciu platforma, która umożliwia użytkownikom jednoczesne drukowanie miękkich urządzeń wykonawczych i czujników” oni napisali.

Elizabeth Montalbano jest niezależną pisarką, która pisze o technologii i kulturze od ponad 20 lat. Mieszkała i pracowała jako profesjonalna dziennikarka w Phoenix, San Francisco i Nowym Jorku. W wolnym czasie lubi surfować, podróżować, muzykę, jogę i gotować. Obecnie mieszka w wiosce na południowo-zachodnim wybrzeżu Portugalii.

Źródło: https://www.designnews.com