【極限果播】據(jù)外媒報道，由浙江理工大學(xué)，天津大學(xué)，南京由理工大學(xué)和立命館大學(xué)組成的研究聯(lián)盟利用3D打印技術(shù)創(chuàng)造了柔軟的機器人手指。這項研究旨在證明多材料3D打印不僅可以用于制造軟致動器，還可以用于制造功能傳感器。
據(jù)悉，該機器人手指由嵌入式單電極摩擦電曲率傳感器(S-TECS)驅(qū)動，在無外接電源的情況下，仍能在超低工作頻率下誘發(fā)彎曲曲率。研究人員希望這項創(chuàng)新能夠為簡單快速的制造過程鋪平道路，未來可以生產(chǎn)出可控的軟機器人。
使用軟材料和柔性結(jié)構(gòu)的混合物來構(gòu)造機器人越來越多地為人口老齡化帶來的挑戰(zhàn)提供了解決方案。隨著軟機器人研究和新制造方法的發(fā)展，人機交互變得越來越安全，這為這項技術(shù)開辟了新的應(yīng)用。現(xiàn)在已經(jīng)可以直接打印出結(jié)構(gòu)不透氣的復(fù)雜軟機器人和硬部件，比如2015年Wyss研究所生產(chǎn)的3D打印跳躍機器人。
據(jù)研究聯(lián)盟成員介紹，這種柔軟的機器人手指在設(shè)計之初就將基于壓電、導(dǎo)電、磁性和有機光學(xué)材料的軟件傳感器集成到了其軟件機器人設(shè)計中。然而，這些傳感器可能具有諸如原型制作時間長、電纜連接不穩(wěn)定、系統(tǒng)組裝復(fù)雜和系統(tǒng)集成困難的缺點。
因此，研究小組選擇使用摩擦電傳感器。這種類型的組件具有很高的可擴展性和靈敏度，因此機械手可以實時主動感知其變形或響應(yīng)。在這個過程中，3D打印發(fā)揮了巨大的作用。它不僅可以使用多種材料，還可以使用一步印刷工藝，縮短了原型制作時間。研究人員的S-TECS傳感器是通過將摩擦電曲率傳感器與可伸縮電極相結(jié)合而構(gòu)建的，這避免了與上一個項目相同的集成復(fù)雜性。
這個柔軟的機器人手指的主體由九個連接到主空氣導(dǎo)管的充氣室組成，每個充氣室都是矩形的，為印刷S-TECS圖案提供平坦的表面。硬質(zhì)增強室的寬度為2 mm，兩端有兩個墊片支撐S-TECS頂層，兩層之間的高度為3 mm..根據(jù)其腔室結(jié)構(gòu)，附加指狀物只能在一個方向上彎曲。當(dāng)手指彎曲時，S-TECS的頂層開始接近底層，直到完全接觸，被激活的觸點通電，產(chǎn)生電能。
研究人員使用Stratasys多材料Objet350 3D打印機將這種柔軟的機器人手指分為兩部分:增強的軟體和連接器，然后逐一制造出來。S-TECS的圖案直接印刷在手指主體的頂面上，以簡化整個制造過程并減少生產(chǎn)時間。該裝置的摩擦起電層和軟體是用類似摩擦的AgilusBlack印刷材料制成的，因為其抗拉強度為2.75 MPa，斷裂伸長率為250%。在室溫下固化24小時，然后將手指的3D打印部分擰在一起，用硅膠粘上S-TECS，組裝完成。
通過改變表面結(jié)構(gòu)、施加在其上的力和自動設(shè)定的工作頻率，測試傳感器在不同部件下的性能。沒有發(fā)現(xiàn)集成不同軟材料的傳感器會降低整個機器人系統(tǒng)的靈活性和適應(yīng)性。
這項測試不僅證明了S-TECS作為自供電曲率傳感器的有效性，也證明了使用多材料3d打印技術(shù)創(chuàng)建具有摩擦電層的柔性機器人結(jié)構(gòu)的可行性。因此，研究人員得出結(jié)論，這種方法可能在未來用于具有高級傳感功能的機器人應(yīng)用中。