研究人员使用多材料3D打印来创建快速响应的执行器
时间：2019-01-25 23:00 来源：中国3D打印网 作者：中国3D打印网 阅读：次
中国3D打印网1月25日讯，标准机器人通常配备刚性执行器。它们可以具有柔软的涂层以限制机器人之间的刮擦，但是最终执行器必须相对较硬以承受提升物体的重量。对于涉及较轻，精致物体的应用，必须使用更柔软，更灵活的执行器更换刚性执行器。现在，来自新加坡科技与设计大学（SUTD）和上海交通大学（SJTU）的研究团队拥有3D打印多材料执行器，其可调刚度可以消除不必更换执行器以执行不同类型任务。
它们的执行器包括一层热活化形状记忆聚合物（SMP），其是根据其温度改变硬度的材料。先前使用SMP制造执行器的尝试导致响应缓慢且定义有限。但是，跨国研究团队使用直接墨水书写和多材料3D打印将加热和冷却元件嵌入到执行器中，创造了第一个快速响应，刚度可调（FRST）软驱动器。
“我们将商业喷墨多材料3D打印技术与直接墨水书写方法结合起来，制作出我们全印刷的FRST执行器，”SUTD科学与数学集团的助理教授Qi（Kevin）Ge说道，他是该领域的共同领导者之一。 “刚度可调性由嵌入式SMP层提供，快速响应由嵌入式加热和冷却元件实现。”
加热元件是印刷有银纳米粒子墨水的可变形导电电路，并且通过流体通道推动的冷却剂提供冷却。当处于橡胶状/暖状态时，加压空气也流过执行器以使其变形至打开和关闭位置，一旦执行器冷却将保持该形状。
SMP层使执行器比基础材料硬120倍而不牺牲灵活性，并且由于温度控制元件，执行器可以经历整个加热和冷却循环（从25°C到70°C再回到25°C） °C）仅需32秒！ “即使在释放压缩空气后，处于刚性状态的变形执行器也可以执行承载任务。更重要的是，加热 - 冷却循环可以在大约半分钟内完成，据我们所知，这是报告的最快速率。 “葛教授说。
此外，该团队还设计了一个计算机模型，指导后期的执行器设计“我们还建立了计算模型，以模拟我们FRST执行器的机械和热电行为，”SUTD的博士后研究员，该论文的共同第一作者张元芳说。 “一旦通过实验验证，这些模型用于指导FRST执行器的设计，并提供对提高负载能力的见解。”
它们的执行器包括一层热活化形状记忆聚合物（SMP），其是根据其温度改变硬度的材料。先前使用SMP制造执行器的尝试导致响应缓慢且定义有限。但是，跨国研究团队使用直接墨水书写和多材料3D打印将加热和冷却元件嵌入到执行器中，创造了第一个快速响应，刚度可调（FRST）软驱动器。
“我们将商业喷墨多材料3D打印技术与直接墨水书写方法结合起来，制作出我们全印刷的FRST执行器，”SUTD科学与数学集团的助理教授Qi（Kevin）Ge说道，他是该领域的共同领导者之一。 “刚度可调性由嵌入式SMP层提供，快速响应由嵌入式加热和冷却元件实现。”
加热元件是印刷有银纳米粒子墨水的可变形导电电路，并且通过流体通道推动的冷却剂提供冷却。当处于橡胶状/暖状态时，加压空气也流过执行器以使其变形至打开和关闭位置，一旦执行器冷却将保持该形状。
SMP层使执行器比基础材料硬120倍而不牺牲灵活性，并且由于温度控制元件，执行器可以经历整个加热和冷却循环（从25°C到70°C再回到25°C） °C）仅需32秒！ “即使在释放压缩空气后，处于刚性状态的变形执行器也可以执行承载任务。更重要的是，加热 - 冷却循环可以在大约半分钟内完成，据我们所知，这是报告的最快速率。 “葛教授说。
此外，该团队还设计了一个计算机模型，指导后期的执行器设计“我们还建立了计算模型，以模拟我们FRST执行器的机械和热电行为，”SUTD的博士后研究员，该论文的共同第一作者张元芳说。 “一旦通过实验验证，这些模型用于指导FRST执行器的设计，并提供对提高负载能力的见解。”
当然，如果没有实际测试，任何研究都是不完整的，因此团队建立了一个带有三个FRST执行器的机器人手，并展示了它提升和抓取各种物体，包括灯泡和哑铃。上海交通大学项目的联合负责人顾国英教授阐述道，“为了展示我们原型的高负荷能力和形状适应性，我们设计了一种带有三个FRST执行器的机器人抓手，可以抓取和提升任意形状的物体。各种重量从不到10克到1.5公斤。“ 3D打印的FRST执行器让我们更接近复制人手的惊人灵巧，由于骨骼，肌肉，肌腱，血液，脂肪和皮肤之间的交互作用，它具有动态刚度。手是复杂的结构，但在3D打印的帮助下，研究人员正在稳步前进。
中国3D打印网译自：3ders.org
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