中（zhōng）日兩國研究（jiū）出3D打印（yìn）軟體機（jī）器人手指，可作用（yòng）於製造軟致（zhì）動（dòng）器
2020-6-2 來（lái）源：-- 作者：-
據外媒報（bào）道，由浙江工業（yè）大學，天津大學，南京理工大學和立命館大學組成的研究聯盟已使用3D打（dǎ）印創建了柔軟的機器人（rén）手指。這項研究旨在證明了多（duō）材料3D打（dǎ）印不僅可（kě）以用於製造軟致動器，還（hái）可以用於製造功能傳（chuán）感器（qì）。
據悉（xī），該機器人手指由嵌（qiàn）入式單電極摩擦電（diàn）曲率（lǜ）傳感器（S-TECS）驅動，在無外部電源的情況下，依然可以（yǐ）以超低工作頻（pín）率下感應彎曲曲率（lǜ）。研究人員希望這項創新將為簡單、快速的製造過程鋪平（píng）道路，未來可以生產可控的軟機器人。
使用軟材料（liào）和順應性結構的混合物構造機器人正日益為應對人口老齡化帶來的挑戰提（tí）供解決了方案。隨著（zhe）軟機器人研（yán）究的發展（zhǎn）和新製造方法的發展，人機交互變得（dé）越來越安全，並為該（gāi）技術開辟了新的（de）應用（yòng）。現在，已經可以實現直接打印具有氣密性複雜結構和硬（yìng）組件的（de）軟機器人（rén），例如Wyss Institute於2015年生產的 3D打印（yìn）跳躍機器人（rén）。
據研究聯盟的成員的爆料，這款柔軟的機器人手指（zhǐ）在設計之初已將基於壓電，導電，磁性和有機光學材料的軟件（jiàn）傳感器集成到其軟件（jiàn）機器人設計中。不過，這些傳感器可能具有諸如原型製作時間長，電纜連接（jiē）不穩定，係統組裝複雜以及係統集成困難等缺點。
所以，研究小組選擇（zé）使用摩擦電（diàn）傳感器。這種類（lèi）型的（de）組件提供了很高的可拉伸性和靈敏度，從而（ér）使機械手（shǒu）可以（yǐ）實時主動感知和感（gǎn）知其變（biàn）形或響應。在該過程中3D打印起到（dào）了很大的作用，它不僅（jǐn）能夠（gòu）使用多（duō）種材料，並利（lì）用縮短了原型（xíng）製作（zuò）時間的一步式打印過程。而研究人員的S-TECS傳感器是通（tōng）過將摩擦電曲率傳感（gǎn）器（qì）和可伸縮電極相結合而構造的，避免了與（yǔ）先前項目相（xiàng）同的集成複雜性。
這款柔軟機器人手指的主體由與主（zhǔ）氣道相連的九個充氣腔組成（chéng），每個充氣腔均呈矩（jǔ）形，以提供用於印（yìn）刷S-TECS圖案的平坦表（biǎo）麵。硬（yìng）增強腔室的寬度為2 mm，兩端具有兩個墊片，以支撐S-TECS的（de）頂層，並在兩層之間保持3 mm的高度。附加手指隻（zhī）能根據其腔室配置在一個方向上彎曲。當手指（zhǐ）彎（wān）曲時，S-TECS的頂層開始（shǐ）接近底層，直到完全接觸，激活觸點帶電並（bìng）發（fā）電。
研究人員使（shǐ）用Stratasys多材料Objet350 3D打印機將這款柔軟的機器人手指分（fèn）兩個部分：增強的軟主體和連接器，然後逐個生產。S-TECS的圖案直接印刷在手指主體（tǐ）的頂麵上（shàng），以簡化整個製造過（guò）程，並減少（shǎo）生產時間。使用摩擦狀的AgilusBlack印刷材料生產該裝置的摩擦電層和柔軟體，因為它的拉伸強度為2.75 MPa，斷裂伸（shēn）長率（lǜ）為250％。固化在室（shì）溫下進行24小時，然後將手指的3D打印部件擰在一起，並通過矽酮（tóng）粘合劑粘貼S-TECS，組裝完（wán）成。
通過改變表麵結構，施加在其（qí）上的力以及自動設置的工作頻（pín）率來測試傳感器在不同件下的性能。未發現將傳感器與不同（tóng）的軟材料集成在一起會降低整個機器人（rén）係統的靈活性（xìng）和適應性。
該項測試不僅證明了S-TECS作為（wéi）自供電曲率（lǜ）傳感器（qì）的有效性，而且證明（míng）了使用多材料3-D打印技術（shù）創建具有摩擦電層的柔軟（ruǎn）機器人結構的可行性。因此研究人員得出結論，該方法有（yǒu）可能在未（wèi）來使用先進傳感功能的機器人應用（yòng）中（zhōng）使用。
（來源：極果）
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