受折纸启发的3D打印软机器人

2020-10-07 14:35:55 11

来自中国的研究人员受到折纸结构和材料的启发,使他们走向更复杂的机器人技术,如最近出版的“ 折纸弹簧启发的超材料和机器人:尝试完全可编程的机器人技术 ”中所述。

创新的手术器械工程天线甚至折叠机器人的可扩展应用,这并不是我们第一次看到折纸启发的作品。在这项研究中,研究人员远远超出了折叠精美纸的技巧,他们试图将材料编程到机器人系统中。这意味着不仅要检查3D可打印性,还要检查可折叠性和所需的机械性能。

研究人员解释说:“除了力学方法,折纸艺术由于其可折叠性,可展开性,灵活性,无标度的几何形状以及可编程的重新配置,现在也被接受为机械特异材料设计的直观且肥沃的灵感。”先前的研究已经产生了微型机器人,软机器人,用于医疗任务的可摄取机器人,兼容模块,医疗设备,抓手等。

该团队从可折叠的折纸弹簧开始,然后发展到超材料角色-探索从折叠的几何形状获得的属性。最终,由于3D打印材料根据需要折叠,他们的原型能够爬行行为。

3D打印机

将折纸模型转换为完全可编程的机器人系统的流程图。

可折叠弹簧的灵感来自一个折叠并扭曲成均匀直角三角形的纸矩形。

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纸弹簧的几何形状从折痕变为螺旋形。

研究人员解释说:“从俯视图看,当纸弹簧展开时,弹簧的宽度呈螺旋形收缩,风扇之间的重叠区域增大,直到完全重叠为止。”

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可折叠纸弹簧的内在特质机制:(a)状态#1-#2:高度可逆的可压缩性,(b)状态#2-#3:在横向压缩和纵向拉伸性之间具有良好的可切换性,以及(c)状态#4:曲线部署。

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折纸启发的弹簧超材料的数字制作流程图。

使用他们自己的定制3D打印机,PLA和0.3mm FDM喷嘴,他们能够“数字化折纸风格的弹簧超材料。” 他们能够创造出一种柔软的抓手,事实证明该抓手是“完全3D可打印的”,并且有助于拾取形状更不规则的物体。

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折纸启发的弹簧超材料及其弹性。

总体而言,该团队能够采用3D打印作为具有所需机械性能的可编程控制方法,从而克服了有关可打印性,可折叠性以及更好的耐损伤性的任何障碍。成功制造了两种类型的软机器人,包括它们的“爬行机器人”。

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具有高度可逆的可压缩臂的全软机械手:(a)具有三指抓具的全软机械手。(b)拾取并放置纸箱。(c)拾起并放置一个塑料袋

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一种蠕动爬行机器人,具有由曲线展开引起的波动运动。(a)完全压缩状态;(b)伸长状态;(c)完全曲线展开;(d)开始压缩;(e)压缩状态;和(e)完全压缩状态

虽然3D打印,4D打印,以及使用超材料继续通过全球研究拓展,软机器人也通过更先进技术,如变得更加可能的数字化制造为龙头,以各种创新,包括仿生软机器人,   集成驱动器,和甚至游泳柔软的机器人


标签: 折纸 3D打印
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