Исследователи создают электронику

Калифорнийский университет в Сан-Диего

Подписываясь, вы соглашаетесь с нашими Условиями использования и политикой. Вы можете отказаться от подписки в любое время.

Представьте себе, что 3D-принтеры смогут производить роботов, которые смогут работать прямо из блока. Эта концепция стала возможной благодаря команде исследователей из Калифорнийского университета в Сан-Диего и корпорации BASF. Их усилия привели к созданию роботизированного захвата, который можно распечатать за один раз и для работы которого не требуется никакой электроники.

По словам команды, мягкий захват можно использовать сразу после того, как он выйдет из 3D-принтера. Он оснащен встроенными датчиками силы тяжести и прикосновения, которые позволяют ему захватывать, удерживать и отпускать объекты. «Это первый раз, когда такой захват может одновременно захватывать и отпускать. Все, что вам нужно сделать, это повернуть захват горизонтально. Это вызывает изменение потока воздуха в клапанах, в результате чего два пальца захвата освобождаются», — говорится в заявлении университета.

Подробности их исследования опубликованы в журнале Science Robotics.

Большинство мягких роботов, напечатанных на 3D-принтере, жесткие; когда они выходят из принтера, у них много утечек; и для того, чтобы их можно было использовать, после печати требуется значительная обработка и сборка. Исследователи смогли обойти эти проблемы, разработав новый метод 3D-печати, который предполагает, что сопло принтера прослеживает непрерывный путь через весь рисунок каждого напечатанного слоя. «Это все равно, что нарисовать картинку, даже не отрывая карандаша от страницы», — сказал в своем заявлении Майкл Т. Толли, старший автор статьи и доцент Инженерной школы Джейкобса Калифорнийского университета в Сан-Диего.

Эта процедура снижает вероятность утечек и дефектов печатного объекта, которые часто возникают при печати мягкими материалами. Новый подход также позволяет печатать тонкие стенки толщиной до 0,5 миллиметра. Более тонкие стенки и сложная изогнутая геометрия допускают большую деформацию, в результате чего общая структура становится более мягкой. «Исследователи основали метод на эйлеровом пути, который в теории графов представляет собой след в графе, который касается каждого ребра этого графа один и только один раз».

Используя свой новый метод, команда смогла последовательно печатать функциональных пневматических мягких роботов со встроенными схемами управления.

Мягкая робототехника позволяет роботам безопасно взаимодействовать с людьми и хрупкими вещами. По мнению команды, этот захват можно установить на роботизированную руку для промышленного производства, пищевой промышленности и обработки фруктов и овощей. Его также можно прикрепить к роботу и использовать для изучения и исследования. Он также может работать без привязки, используя в качестве источника питания всего лишь баллон с газом под высоким давлением.

По словам команды, весь процесс изготовления захвата не нуждался в последующей обработке, последующей сборке или устранении производственных дефектов, что делает этот метод очень воспроизводимым и доступным. «Предлагаемый нами подход представляет собой шаг к созданию сложных, настраиваемых роботизированных систем и компонентов, создаваемых на распределенных производственных предприятиях».

Аннотация исследования

Большинство мягких роботов имеют пневматический привод и изготавливаются посредством процессов формования и сборки, которые обычно требуют большого количества ручных операций и ограничивают сложность. Кроме того, для реализации даже простых функций необходимо добавлять сложные компоненты управления (например, электронные насосы и микроконтроллеры). Трехмерная печать по изготовлению наплавленных нитей на рабочем столе (FFF) представляет собой доступную альтернативу с меньшим количеством ручной работы и возможностью создания более сложных структур. Однако из-за ограничений в материалах и процессах мягкие роботы, напечатанные методом FFF, часто имеют высокую эффективную жесткость и содержат большое количество утечек, что ограничивает их применение. Мы представляем подход к проектированию и изготовлению мягких, воздухонепроницаемых пневматических роботизированных устройств с использованием FFF для одновременной печати приводов со встроенными жидкостными компонентами управления. Мы продемонстрировали этот подход, напечатав приводы, которые на порядок мягче, чем те, которые ранее изготавливались с использованием FFF, и способны изгибаться, образуя полный круг. Аналогичным образом мы напечатали пневматические клапаны, которые контролируют воздушный поток высокого давления при низком управляющем давлении. Объединив приводы и клапаны, мы продемонстрировали монолитный печатный автономный захват без электроники. При подключении к постоянной подаче воздуха захватное устройство автономно обнаруживало и захватывало объект и отпускало объект, когда обнаруживало силу, возникающую из-за веса объекта, действующую перпендикулярно захватному устройству. Весь процесс изготовления захвата не требовал последующей обработки, последующей сборки или ремонта производственных дефектов, что делало этот подход легко воспроизводимым и доступным. Предлагаемый нами подход представляет собой шаг к созданию сложных, настраиваемых роботизированных систем и компонентов, создаваемых на распределенных производственных предприятиях.