3D 列印機械手爪不需電子元件即可執行
2023 年 7 月 28 日
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無電子元件的 3D 列印機械手爪
加州大學聖地亞哥分校的機器人學家 Ioana Patringenaru 的最新報導指出，一個由加州大學聖地亞哥分校的機器人學家團隊與 BASF 公司的研究人員合作開發的全新柔性機械手爪，在 3D 列印的同時不僅在一次列印中完成，而且不需要任何電子元件即可以執行。該團隊的研究成果近期刊載在《科學機器人學》期刊上。
研究人員的目標是設計一款軟性機械手爪，使其在從 3D 印刷機上脫下來時就可以立即使用，並且配備內建重力和觸控感應器。由於這一設計，該機械手爪可以抓取、持有和釋放物體，這樣的機械手爪在此之前是不存在的。
報導中提到，研究人員新增了一系列閥門，使機械手爪能夠在接觸物體時抓取，並在合適的時機釋放。該研究的首席作者 Yichen Zhai 是加州大學聖地亞哥分校生物啟發式機器人和設計實驗室的博士後研究員，他表示：“這是第一次開發出這樣一種既能抓取又能釋放的機械手爪。你只需要將機械手爪水平旋轉，這樣會導致閥門中的氣流發生變化，從而使機械手爪的兩個指頭開啟。”這種流體邏輯使機器人能夠記住自己何時抓住一個物體並將其保持住。宕機器人在旋轉到水平狀態時，它會檢測到物體的重量向一側施加壓力，然後釋放物體。
軟性機器人為安全互動帶來希望
軟性機器人技術有望實現機器人與人類和脆弱物體的安全互動。這種機械手爪可以安裝在工業製造應用、食品生產以及水果和蔬菜處理等方面的機械手臂上。它也可以安裝在用於研究和勘探任務的機器人上。此外它可以脫離束縛，僅需一瓶高壓氣體作為唯一的動力來源。
新的 3D 列印方法
由加州大學聖地亞哥分校工程學院教授 Michael T. Tolley 擔任本研究的資深作者，他聲稱這個團隊克服了 3D 列印軟性機器人的一些困難。在該報導中提到，大部分 3D 列印的軟性機器人在從印刷機上取下時都有一定程度的堅硬度；出現大量洩漏；並且需要進行相當多的加工和組裝才能使用。研究團隊透過開發一種新的 3D 列印方法，克服了這些障礙。該方法包括透過印刷機噴嘴在每一層印刷中連續追蹤整個圖案的軌道。Tolley 教授解釋說："這就像在紙上描繪一幅圖畫而不把筆離開紙。"這種方法減少了軟材料印刷時出現常見的洩漏和缺陷的可能性。這種新方法還可以印刷較薄的牆壁，厚度可以達到 0.5 毫米。更薄的牆壁和複雜的彎曲形狀可以實現更大的變形範圍，從而使結構整體上更柔軟。研究人員將這種方法建立在尤拉回路的基礎上，尤拉回路在圖論中是指一條遍歷圖的每一條邊只有一次的道路。
這種 3D 列印方法的推出將為軟性機器人技術的發展帶來巨大的影響。我們可以預見它在製造業和各個領域中的應用，為人們的工作生活帶來更多便利。
