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

導讀：能夠與自然和社會環(huán)境相結合的仿生機器人大有用處,，他們可以用于生物多樣性保護,、老年人的日常護理等方面。盡管人工執(zhí)行器已經可以做到與人類肌肉相同的收縮性能,，但仿生機器無法模擬由肌肉的復雜結構所實現的運動多樣性,。



南極熊獲悉，來自意大利理工學院(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動器的3D打印仿生物人工肌肉》）的研究,，研究人員設計制造了一種“氣動人工肌肉”,，名為GRACE。GRACEs不需要任何限制應變的元件,，它們可以通過設計來收縮和伸展,，并且可以在不同的尺寸尺度上、用不同的材料和機械性能來實現,，從而實現廣泛的逼真的運動,。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備中,，例如一個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備的原型設計和制造更快,、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,，卻可以舉起高達自身重量 1,000 倍的重,。

研究團隊使用Formlabs Form 3 3D打印機3D打印他們的GRACE，還允許研究人員將褶皺集成到設備的可折疊和展開的膜中,，從而為它們提供承受反復變形所需的柔韌性和強度,。在實踐中，該團隊已經使用它們單獨和成組地舉起越來越重的物品測試了執(zhí)行器的能力 當集成到機器人手中時,，它們能夠幫助實現彎曲手指,、扭轉手掌和轉動手腕的運動,。通過有效地結合這些方法，IIT 團隊表示可以 3D 打印足夠強大和靈活的軟執(zhí)行器,，以有效地“與自然和社會環(huán)境相結合”,。因此，該團隊認為他們的機器人手原型是實現放生設備的第一步,。




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


△從 FEM 模擬中獲得的 GRACE 應變分布結果,。圖片來自 IIT,。


△團隊的光彈性測試裝置。圖片來自 IIT,。


基于 3D 打印的生物模擬
自然界為材料科學家和工程師提供靈感,，為了在人造結構和機器人技術中重現這些特性，研究人員經常使用3D打印,，開拓仿生學的發(fā)展,。

●在浙江大學，科學家們開發(fā)了3D 打印的墨魚啟發(fā)結構,，模仿了海洋生物獨特的能量吸收能力,。該團隊的早期模型非常耐壓縮，能夠承受高達自身重量 20,000 倍的變形,。

●國立臺灣科技大學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,。

●在仿生軟機器人的嘗試中，研究人員已經部署了能夠將能量和電信號轉換為運動的執(zhí)行器,，以創(chuàng)造具有逼真運動的機器人,。山形大學的一個團隊提出了一個全 3D 打印的軟執(zhí)行器作為水母機器人的基礎,。
原文鏈接： scirobotics.abn4155.pdf (1.71 MB, 下載次數: 304)

2022-8-3 23:12 上傳

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