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三維打印材料能感知自身運動

發(fā)布時間:2022-08-11 10:41:00來源: 科技日報

  美國研究人員開發(fā)了一種用于3D打印材料的方法,該材料具有可調(diào)節(jié)的機械性能,可感知自身如何移動以及如何與環(huán)境相互作用。研究人員僅使用一種材料并在3D打印機上運行一次即可創(chuàng)建這些傳感結(jié)構(gòu)。發(fā)表在《科學進展》上的這項技術,有朝一日可用于制造具有嵌入式傳感器的柔性機器人,使機器人能夠了解自己的姿勢和動作。

  麻省理工學院研究人員使用3D打印將充氣通道直接整合到形成晶格的支柱中。當結(jié)構(gòu)被移動或擠壓時,通道會變形,內(nèi)部的空氣量也會發(fā)生變化。研究人員可使用現(xiàn)成的壓力傳感器測量相應的壓力變化,從而提供有關材料如何變形的反饋。因為通道被整合到材料中,這種“流體傳感器”比放置在結(jié)構(gòu)外部的傳感器更準確。

  研究人員使用數(shù)字光處理3D打印將通道整合到結(jié)構(gòu)中。在這種方法中,將圖像被投射到濕樹脂上,被光照射的區(qū)域逐漸固化成精確的形狀,最后將圖像結(jié)構(gòu)從樹脂池中拉出。但隨著過程的繼續(xù),黏性樹脂往往會滴落并卡在通道內(nèi)。研究人員必須在樹脂固化之前使用壓縮空氣、真空和復雜清潔的混合方法迅速去除多余的樹脂。

  他們通過這個過程創(chuàng)建了幾個晶格結(jié)構(gòu),并展示了當結(jié)構(gòu)被擠壓和彎曲時,充氣通道如何產(chǎn)生清晰的反饋。在這些結(jié)果的基礎上,他們還將傳感器整合到為機動柔性機器人開發(fā)的一種新型材料手動剪切拉脹劑(HAS)中。HSA可同時扭曲和拉伸,能夠用作柔性機器人執(zhí)行器。

  研究人員3D打印了一個HAS柔性機器人,該機器人能夠進行多種運動,包括彎曲、扭曲和拉長。他們讓機器人完成一系列動作超過18小時,并使用傳感器數(shù)據(jù)訓練可準確預測機器人動作的神經(jīng)網(wǎng)絡。

  研究人員稱,用連續(xù)的類皮膚傳感器來感知柔性機器人,一直是該領域的巨大挑戰(zhàn)。這種新方法為柔性機器人提供了準確的本體感受能力,并為其通過觸摸探索世界打開了大門。

  張夢然

(責編: 李雨潼 )

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