帶有3D打印“GRACE”致動器的機(jī)器人手，可以舉起自身重量1000倍的物體

導(dǎo)讀：能夠與自然和社會環(huán)境相結(jié)合的仿生機(jī)器人大有用處，他們可以用于生物多樣性保護(hù)、老年人的日常護(hù)理等方面。盡管人工執(zhí)行器已經(jīng)可以做到與人類肌肉相同的收縮性能，但仿生機(jī)器無法模擬由肌肉的復(fù)雜結(jié)構(gòu)所實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動多樣性。



南極熊獲悉，來自意大利理工學(xué)院(IIT) 的研究人員于2022年7月在《Science Robots》上發(fā)表了題目為《3D-printed biomimetic artificial muscles using soft actuators that contract and elongate》（《使用可收縮和拉長的軟驅(qū)動器的3D打印仿生物人工肌肉》）的研究，研究人員設(shè)計(jì)制造了一種“氣動人工肌肉”，名為GRACE。GRACEs不需要任何限制應(yīng)變的元件，它們可以通過設(shè)計(jì)來收縮和伸展，并且可以在不同的尺寸尺度上、用不同的材料和機(jī)械性能來實(shí)現(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)廣泛的逼真的運(yùn)動。GRACEs可以通過低成本的增材制造來制造，甚至可以直接建立在功能設(shè)備中，例如一個(gè)完全三維打印的氣動人工手，只需一步就可以完成。這使得基于氣動人工肌肉的設(shè)備的原型設(shè)計(jì)和制造更快、更直接。


△基于GeometRy的執(zhí)行器提供動力

如上圖所示的手部運(yùn)動就是由基于GeometRy的執(zhí)行器提供動力的，這些執(zhí)行器可以收縮和拉長，由樹脂3D打印制造，它們能夠像肌肉一樣伸展和收縮。而且這些制動器僅重8克，卻可以舉起高達(dá)自身重量 1,000 倍的重。

研究團(tuán)隊(duì)使用Formlabs Form 3 3D打印機(jī)3D打印他們的GRACE，還允許研究人員將褶皺集成到設(shè)備的可折疊和展開的膜中，從而為它們提供承受反復(fù)變形所需的柔韌性和強(qiáng)度。在實(shí)踐中，該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)使用它們單獨(dú)和成組地舉起越來越重的物品測試了執(zhí)行器的能力 當(dāng)集成到機(jī)器人手中時(shí)，它們能夠幫助實(shí)現(xiàn)彎曲手指、扭轉(zhuǎn)手掌和轉(zhuǎn)動手腕的運(yùn)動。通過有效地結(jié)合這些方法，IIT 團(tuán)隊(duì)表示可以 3D 打印足夠強(qiáng)大和靈活的軟執(zhí)行器，以有效地“與自然和社會環(huán)境相結(jié)合”。因此，該團(tuán)隊(duì)認(rèn)為他們的機(jī)器人手原型是實(shí)現(xiàn)放生設(shè)備的第一步。




△IIT 研究人員的機(jī)械手配有 3D 打印的 GRACE 執(zhí)行器。圖片來自 IIT。


△從 FEM 模擬中獲得的 GRACE 應(yīng)變分布結(jié)果。圖片來自 IIT。


△團(tuán)隊(duì)的光彈性測試裝置。圖片來自 IIT。


基于 3D 打印的生物模擬
自然界為材料科學(xué)家和工程師提供靈感，為了在人造結(jié)構(gòu)和機(jī)器人技術(shù)中重現(xiàn)這些特性，研究人員經(jīng)常使用3D打印，開拓仿生學(xué)的發(fā)展。

●在浙江大學(xué)，科學(xué)家們開發(fā)了3D 打印的墨魚啟發(fā)結(jié)構(gòu)，模仿了海洋生物獨(dú)特的能量吸收能力。該團(tuán)隊(duì)的早期模型非常耐壓縮，能夠承受高達(dá)自身重量 20,000 倍的變形。

●國立臺灣科技大學(xué)的工程師擁有不需要任何支撐材料 的 FDM 3D 打印海膽殼形格子。

●在仿生軟機(jī)器人的嘗試中，研究人員已經(jīng)部署了能夠?qū)⒛芰亢碗娦盘栟D(zhuǎn)換為運(yùn)動的執(zhí)行器，以創(chuàng)造具有逼真運(yùn)動的機(jī)器人。山形大學(xué)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)提出了一個(gè)全 3D 打印的軟執(zhí)行器作為水母機(jī)器人的基礎(chǔ)。
原文鏈接： scirobotics.abn4155.pdf (1.71 MB, 下載次數(shù): 321)

2022-8-3 23:12 上傳

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