我国科学家受折纸启发开发3D打印软机器人

时间：2020-09-17 11:55 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9月17日讯，来自中国的研究人员受到折纸结构和材料的启发，使他们走向更复杂的机器人技术，如最近出版的“折纸弹簧启发的超材料和机器人：完全可编程机器人的尝试”所述。从创新的手术器械到工程，天线甚至折叠机器人的可扩展应用，这并不是我们第一次看到折纸启发的作品。在这项研究中，研究人员远远超出了折叠精美纸的技巧，他们试图将材料编程到机器人系统中。这意味着不仅要检查3D可打印性，还要检查可折叠性和所需的机械性能。
研究人员解释说：“除力学方法外，折纸艺术由于其可折叠性，可展开性，灵活性，无标度的几何形状以及可编程的重新配置，现在也被接受为机械超材料设计的直观而富饶的灵感。”先前的研究已经产生了微型机器人，软机器人，用于医疗任务的可摄取机器人，兼容模块，医疗设备，抓手等。
该团队从可折叠的折纸弹簧开始，然后发展到超材料角色-探索从折叠的几何形状获得的属性。最终，由于3D打印材料根据需要折叠，他们的原型能够爬行行为。

将折纸模型转换为完全可编程的机器人系统的流程图。
可折叠弹簧的灵感来自一个折叠并扭曲成均匀直角三角形的纸矩形。

纸弹簧的几何形状从折痕变为螺旋形。
研究人员解释说：“从俯视图看，当纸弹簧展开时，弹簧的宽度呈螺旋形收缩，风扇之间的重叠区域增大，直到完全重叠为止。”

可折叠纸弹簧的内在特质机制：（a）状态＃1-＃2：高度可逆的可压缩性，（b）状态＃2-＃3：在横向压缩和纵向拉伸性之间具有良好的可切换性，以及（c）状态＃4：曲线部署。

折纸启发的弹簧超材料的数字制作流程图。
使用他们自己的定制3D打印机，PLA和0.3mm FDM喷嘴，他们能够“数字化折纸风格的弹簧超材料。”他们能够创造出一种柔软的抓手，事实证明该抓手是“完全3D可打印的”，并且有助于拾取形状更不规则的物体。

折纸启发的弹簧超材料及其弹性。
总体而言，该团队能够采用3D打印作为具有所需机械性能的可编程控制方法，从而克服了有关可打印性，可折叠性以及更好的耐损伤性的任何障碍。成功制造了两种类型的软机器人，包括它们的“爬行机器人”。

具有高度可逆的可压缩臂的全软机械手：（a）具有三指抓具的全软机械手。（b）拾取并放置纸箱。（c）拾起并放置一个塑料袋

一种蠕动爬行机器人，具有由曲线展开引起的波动运动。（a）完全压缩状态；（b）伸长状态；（c）完全曲线展开；（d）开始压缩；（e）压缩状态；和（e）完全压缩状态
随着3D打印，4D打印和超材料的使用通过全球研究而继续扩大，通过诸如数字制造等更先进的技术，软机器人技术也变得越来越有可能，从而带来了包括仿生软机器人，集成致动器和机器人在内的各种创新。甚至游泳柔软的机器人。

(责任编辑：admin)

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