隨著現(xiàn)在機器人技術的創(chuàng)新與普及，開發(fā)能夠模仿有機物行為的軟性機器人成為一種新的研發(fā)方向。在災難管理、海洋保護或醫(yī)療保健等應用中，這些先進的設備與人類一起工作，具有更大的潛力。日本山形大學的研究人員已經(jīng)開發(fā)出了全3D打印的執(zhí)行器，該執(zhí)行器可以構成類似水母的軟機器人。
3D打印驅動器可以實現(xiàn)類似水母的肌肉收縮方式
使用基于紫外線的3D打印機，該團隊能夠將新合成的粒子雙網(wǎng)絡（P-DN）水凝膠固化成一種與月水母的肌肉相似的收縮機制。基于他們新穎的設備，科學家們現(xiàn)在打算創(chuàng)建一個具有潛在海洋野生生物監(jiān)視應用程序的完整的水生機器人。
在團隊開始3D打印其執(zhí)行器之前，他們合成了一種新型的交聯(lián)P-DN水凝膠，該凝膠由硬而脆的第一聚合物和較軟的第二層組成。該材料的特點是高含水率，增強的強度和出色的可印刷性，為它們的裝置形成了堅實而易延展的基礎。
準備好配方后，科學家們使用基于UV的3D打印機將其聚合成三個獨立的部分：連接器，底座和盒子。從理論上講，“底座”和“盒”設計為通過注入空氣而變形，從而產(chǎn)生提供推進所需的收縮，而“連接器”僅將硅樹脂管固定在執(zhí)行器的主體上。
為了進行測試，團隊3D打印了五個不同的原型，發(fā)現(xiàn)凝膠的彈性與所用單體的類型緊密相關，并且達到了交聯(lián)的水平。同樣，執(zhí)行器的生產(chǎn)寬度為0.4-0.5 mm，因為較厚的層會出現(xiàn)膨脹，從而導致零件不一致。
在壓縮測試中，通過管道將空氣注入執(zhí)行機構，科學家發(fā)現(xiàn)他們能夠通過調節(jié)其組成部件的彈性模量來控制其變形。該設備還顯示出與扁圓月水母相同的收縮率，可能使其成為完整機器人復制品的理想基礎。
紫外線3D打印機制造的五個凝膠致動器原型
研究人員認為，完善執(zhí)行器壁厚與其軌跡之間的關系，將是開發(fā)改進的設備迭代的關鍵。目前，該團隊打算將其執(zhí)行器集成到一個新穎的海ly啟發(fā)式機器人中，最終目的是在海洋保護應用中使用它。
