我國(guó)科學(xué)家受折紙啟發(fā)開(kāi)發(fā)3D打印軟機(jī)器人

魔猴君  行業(yè)資訊   1503天前

來(lái)自中國(guó)的研究人員受到折紙結(jié)構(gòu)和材料的啟發(fā)，使他們走向更復(fù)雜的機(jī)器人技術(shù)，如最近出版的“折紙彈簧啟發(fā)的超材料和機(jī)器人：完全可編程機(jī)器人的嘗試”所述。從創(chuàng)新的手術(shù)器械到工程，天線甚至折疊機(jī)器人的可擴(kuò)展應(yīng)用，這并不是我們第一次看到折紙啟發(fā)的作品。在這項(xiàng)研究中，研究人員遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了折疊精美紙的技巧，他們?cè)噲D將材料編程到機(jī)器人系統(tǒng)中。這意味著不僅要檢查3D可打印性，還要檢查可折疊性和所需的機(jī)械性能。

研究人員解釋說(shuō)：“除力學(xué)方法外，折紙藝術(shù)由于其可折疊性，可展開(kāi)性，靈活性，無(wú)標(biāo)度的幾何形狀以及可編程的重新配置，現(xiàn)在也被接受為機(jī)械超材料設(shè)計(jì)的直觀而富饒的靈感?！毕惹暗难芯恳呀?jīng)產(chǎn)生了微型機(jī)器人，軟機(jī)器人，用于醫(yī)療任務(wù)的可攝取機(jī)器人，兼容模塊，醫(yī)療設(shè)備，抓手等。

該團(tuán)隊(duì)從可折疊的折紙彈簧開(kāi)始，然后發(fā)展到超材料角色-探索從折疊的幾何形狀獲得的屬性。最終，由于3D打印材料根據(jù)需要折疊，他們的原型能夠爬行行為。

將折紙模型轉(zhuǎn)換為完全可編程的機(jī)器人系統(tǒng)的流程圖。

可折疊彈簧的靈感來(lái)自一個(gè)折疊并扭曲成均勻直角三角形的紙矩形。

紙彈簧的幾何形狀從折痕變?yōu)槁菪?/span>

研究人員解釋說(shuō)：“從俯視圖看，當(dāng)紙彈簧展開(kāi)時(shí)，彈簧的寬度呈螺旋形收縮，風(fēng)扇之間的重疊區(qū)域增大，直到完全重疊為止?！?/span>

可折疊紙彈簧的內(nèi)在特質(zhì)機(jī)制：（a）狀態(tài)＃1-＃2：高度可逆的可壓縮性，（b）狀態(tài)＃2-＃3：在橫向壓縮和縱向拉伸性之間具有良好的可切換性，以及（c）狀態(tài)＃4：曲線部署。

折紙啟發(fā)的彈簧超材料的數(shù)字制作流程圖

使用他們自己的定制3D打印機(jī)，PLA和0.3mm FDM噴嘴，他們能夠“數(shù)字化折紙風(fēng)格的彈簧超材料?！彼麄兡軌騽?chuàng)造出一種柔軟的抓手，事實(shí)證明該抓手是“完全3D可打印的”，并且有助于拾取形狀更不規(guī)則的物體。

折紙啟發(fā)的彈簧超材料及其彈性

總體而言，該團(tuán)隊(duì)能夠采用3D打印作為具有所需機(jī)械性能的可編程控制方法，從而克服了有關(guān)可打印性，可折疊性以及更好的耐損傷性的任何障礙。成功制造了兩種類(lèi)型的軟機(jī)器人，包括它們的“爬行機(jī)器人”。

具有高度可逆的可壓縮臂的全軟機(jī)械手：（a）具有三指抓具的全軟機(jī)械手。 （b）拾取并放置紙箱。 （c）拾起并放置一個(gè)塑料袋

一種蠕動(dòng)爬行機(jī)器人，具有由曲線展開(kāi)引起的波動(dòng)運(yùn)動(dòng)。 （a）完全壓縮狀態(tài)； （b）伸長(zhǎng)狀態(tài)； （c）完全曲線展開(kāi)； （d）開(kāi)始?jí)嚎s； （e）壓縮狀態(tài)；和（e）完全壓縮狀態(tài)

隨著3D打印，4D打印和超材料的使用通過(guò)全球研究而繼續(xù)擴(kuò)大，通過(guò)諸如數(shù)字制造等更先進(jìn)的技術(shù)，軟機(jī)器人技術(shù)也變得越來(lái)越有可能，從而帶來(lái)了包括仿生軟機(jī)器人，集成致動(dòng)器和機(jī)器人在內(nèi)的各種創(chuàng)新。甚至游泳柔軟的機(jī)器人。

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