Badacze z Harvardu opracowują nową metodę drukowania 3D, aby nadać miękkiemu robotycznemu chwytakowi zdolność rozpoznawania otoczenia

Teraz naukowcy z SEAS i Wyss opracowali nowatorską metodę drukowania 3D, która zapewnia funkcje wykrywania miękkich robotów.

Ryan L. Truby, absolwent SEAS w dziedzinie badań, powiedział: "Nasze badania reprezentują fundamentalny postęp w miękkiej robotyzacji. Nasza platforma produkcyjna umożliwia łatwe zintegrowanie złożonych motywów wykrywania z miękkimi systemami robotycznymi. "

Zespół został zainspirowany sensorycznymi możliwościami ludzkiego ciała i opracował platformę do tworzenia miękkich robotów, które zawierają wbudowane czujniki w siłownikach , które pozwalają robotowi wyczuć dotyk, ruch, ciśnienie i temperaturę.

Naukowcy opublikowali artykuł na temat swojej pracy zatytułowany "Miękkie somatosensive actuators via Embedded 3D Printing" w czasopiśmie Advanced Materials; współautorzy obejmują Truby; były doktor habilitowany SEAS Michael Wehner; Abigail K. Grosskopf; Daniel M. Vogt; Sebastien G. M. Uzel; Robert J. Wood, profesor inżynierii i nauk stosowanych na SEAS w Charles River; oraz Jennifer A. Lewis, Hansjorg Wyss profesor inżynierii inspirowanej biologicznie w SEAS i członek wydziału Instytutu Wyższego w Wyss Institute.

Streszczenie brzmi: "Ludzie posiadają zręczność manualną, zdolności motoryczne i inne zdolności fizyczne, które polegać na informacjach zwrotnych dostarczanych przez system somatosensoryczny. W niniejszym zgłoszono sposób wytwarzania miękkich somatosensive actuators (SSA) za pomocą osadzonego druku 3D, który jest unerwiony z wieloma właściwościami przewodzącymi, które jednocześnie umożliwiają wykrywanie dotykowe, proprioceptywne i termo-wrażliwe. To nowatorskie podejście do produkcji umożliwia bezproblemową integrację wielu właściwości jonowo przewodzących i fluidalnych w elastomerowych matrycach w celu wytworzenia SSA z pożądanymi zdolnościami wykrywania i aktywowania z wykorzystaniem bioinspiracji. Każdy drukowany czujnik składa się z jonowo przewodzącego żelu, który wykazuje zarówno długotrwałą stabilność, jak i wolne od histerezy działanie. Jako przykład, wiele SSA łączy się w miękki chwytak robota, który zapewnia proprioceptywne i dotykowe sprzężenie zwrotne poprzez wbudowane czujniki zakrzywienia, napełniania i kontaktu, w tym czujniki dotykowe głębokie i dokładne. "

Praca zespołu była częściowo wspierane przez National Science Foundation za pośrednictwem Harvard MRSEC i Instytutu Wyss.

W przeszłości było trudno integrować czujniki w robotach miękkich, głównie dlatego, że czujniki są sztywne. Ale naukowcy z Harvardu stworzyli płynny, zdolny do nadrukowania w 3D, organiczny, jonowy atrament, który możew rzeczywistości są drukowane w 3D w miękkich elastomerowych matrycach, które stanowią większość miękkich robotów.

"Do tej pory większość zintegrowanych systemów czujników i urządzeń wykonawczych używanych w robotyce miękkiej było dość prymitywnych. Poprzez bezpośrednie drukowanie czujników cieczy jonowej w tych miękkich systemach, otwieramy nowe możliwości projektowania i wytwarzania urządzeń, które ostatecznie pozwolą na prawdziwą kontrolę zamkniętych pętli robotów miękkich "- wyjaśnia Wehner, obecnie adiunkt w UC Santa Cruz

Zespół zastosował technikę znaną jako wbudowane drukowanie 3D (drukowanie EMB3D) w celu wykonania urządzenia. Wbudowane drukowanie 3D jest w stanie bezproblemowo zintegrować kilka materiałów i funkcji w jednym miękkim ciele z dużą szybkością.

Lewis powiedział: "Ta praca reprezentuje najnowszy przykład możliwości włączania zapewnianych przez osadzone drukowanie 3D - technika zapoczątkowana przez nasze laboratorium. "

Zespół 3D wydrukował miękki automatyczny chwytak, złożony z trzech miękkich siłowników (palców), aby sprawdzić, jak dobrze działają ich czujniki, testując zdolność chwytaka do wyczuwania rzeczy takich jak kontakt, krzywizna, ciśnienie inflacji i temperatura. Zastosowano kilka czujników stykowych, dzięki czemu chwytak był w stanie wykryć zarówno głębokie, jak i lekkie dotknięcia.

"Elastyczność funkcji i konstrukcji tej metody jest niezrównana. Nowy atrament w połączeniu z wbudowanym procesem drukowania 3D pozwala nam łączyć zarówno czułość miękkości jak i sterowanie w jednym zintegrowanym systemie zrobotyzowanego ", powiedział Truby.

Innowacyjna platforma zespołu ułatwia integrację czujników w miękkie uruchamianie systemy, które zgodnie z dokumentem są "niezbędnym krokiem w kierunku sprzężenia zwrotnego sterowania miękkimi robotami, maszynami i urządzeniami dotykowymi".

Wood, także członek wydziału Instytutu Wyższego, wyjaśnił: "Miękka robotyka jest zwykle ograniczona przez konwencjonalne techniki formowania, które ograniczają wybór geometrii lub, w przypadku komercyjnego druku 3D, wybór materiału, który utrudnia wybór projektu. Techniki opracowane w laboratorium Lewis Lab mają szansę zrewolucjonizować sposób tworzenia robotów - odejście od procesów sekwencyjnych i tworzenie złożonych i monolitycznych robotów z wbudowanymi czujnikami i elementami wykonawczymi. "