科学家借助4D打印的软机器人将机器人制造推向新的高度
时间：2019-12-23 09:04 来源：中国3D打印网 作者：中国3D打印网 阅读：次
闭环4D打印使研究人员可以增强带有传感器，执行器和控件的软机器人，从而总体上获得更好的性能。作者使用数据驱动的机器学习模型将这些细节集成到电子创新中，该模型旨在处理新的任务层次，其中包括：
1、抓
2、排序
3、攀爬或爬行
4、检查
5、搜索和救援
6、药物输送系统
据中国3D打印网了解，类似折纸的软机器人可以提供特定任务所需的可变刚度，从而具有更高的效率和灵活性，这是传统机器人无法处理的。闭环4D打印的软机器人也可以用于自主手术，腹腔镜检查和内窥镜检查等。
闭环4D打印的软机器人图。
机器学习在4D打印的软机器人中扮演着显而易见的角色，从而减轻了“多样化操纵任务”所涉及的一些挑战。机器学习可在制造过程中用于开发此类机器人，而算法可用于加快速度。性能优化，例如零件的粘度和方向。研究人员说：“通过物理模型的集成，机器学习在统计学习框架中使用稀疏数据集来预测材料和3D打印处理参数，从而提高3D打印速度和保真度。”
使用3D打印时，可以引入以下功能：
1、定向各向异性
2、可变刚度
3、空间异质机械强度
机器学习的使用对于这一领域的机器人技术是有利的，它提供了更大的尺寸以及更多功能，并且具有各种可用的控制机制：开环控制器，闭环（具有嵌入式软传感器）等。“用于构造软机器人的机制和材料是相似的；因此，可以通过一种处理非线性和敏捷性高的学习策略来启发控制。”研究人员解释说。
3D打印传感器及其在4D打印软机器人中的应用。 （a）3D打印的集成应变传感器（经Copernicus Publications代表AMA复制[42]）； （b）3D打印的sEMG电极（经Copernicus Publications代表AMA复制[42]）； （c）在水母软机器人中进行3D打印的压电传感器（经SPIE [67]许可复制）； （d）3D打印的电子舌头传感器（经Frontiers [110]许可复制）； （e）3D打印的压力传感器（经John Willey and Sons许可复制[71]）； （f）3D打印的流体流速传感器（经IOP Publishing [98]许可复制）。 （g）用于气体检测的3D打印狗鼻（经自然出版集团[109]许可复制）； （h）3D打印的柔性触觉传感器（经Springer [58]许可复制）； （i）3D打印的热致变色和溶剂致变色传感器（经John Wiley and Sons许可复制[100]）。
现在仅3D打印的传感器就已经足够先进，可以在空间水平上进行打印，而对于4D打印的机器人，可以对这些功能进行“分类和引入”，两栖软机器人也有潜力实现广泛的应用范围。
中国3D打印网点评：“尽管存在问题，但通过将3D打印的软传感器和执行器与机器学习算法和FEM集成，可以实现4D打印的软机器人。集成3D打印的执行器和传感器是可行的，但受所用材料的性质限制。因此，增强闭环4D打印的软机器人的未来依赖于合适材料，机器学习方法和控制算法的集成。从新的设计和框架到持续的定制和不同的材料，软机器人技术一直将是研究的热点。“
集成的3D打印的软传感器和执行器：（a）气动软执行器中的3D打印的嵌入式传感器（经SPIE [126]许可复制）； （b）具有印刷嵌入式传感器的3D打印软爪（经John Wiley and Sons许可复制[9]）； （c）3D打印的假肢上的3D打印的触觉传感器（经美国化学学会[34]许可复制）； （d）4D打印的多稳态热执行器（经John Wiley and Sons [150]许可复制）； （e）双稳态3D打印的软执行器（经MDPI [148]许可复制）； （f）具有集成焦耳加热电路的3D打印可变刚度软执行器（经John Wiley and Sons许可复制[151]）
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