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带有3D打印“GRACE”致动器的机器人手,可以举起自身重量1000倍

来源:未知 编辑:机器人之家 时间:2022-08-04
       导读:能够与自然和社会环境相结合的仿生机器人大有用处,他们可以用于从生物多样性保护、老年人的日常护理等方面。尽管人工执行器已经可以做到与人类肌肉相同的收缩性能,但由肌肉的复杂结构所实现的运动的多样性方面,仿生机器在很大程度上仍然无法与真实肌肉相比拟。



        来自意大利理工学院(IIT) 的研究人员于2022年7月在《Science Robots》上发表了题目为《3D-printed biomimetic artificial muscles using soft actuators that contract and elongate》(《使用可收缩和拉长的软驱动器的3D打印仿生物人工肌肉》)的研究,研究人员设计制造了一种“气动人工肌肉”,名为GRACE。GRACEs不需要任何限制应变的元件,它们可以通过设计来收缩和伸展,并且可以在不同的尺寸尺度上、用不同的材料和机械性能来实现,从而实现广泛的逼真的运动。GRACEs可以通过低成本的增材制造来制造,甚至可以直接建立在功能设备中,例如一个完全三维打印的气动人工手,只需一步就可以完成。这使得基于气动人工肌肉的设备的原型设计和制造更快、更直接。


△基于GeometRy的执行器提供动力

如上图所示的手部运动就是由基于GeometRy的执行器提供动力的,这些执行器可以收缩和拉长,由树脂3D打印制造,它们能够像肌肉一样伸展和收缩。而且这些制动器仅重8克,却可以举起高达自身重量 1,000 倍的重。

研究团队使用Formlabs Form 3 3D打印机3D打印他们的GRACE,还允许研究人员将褶皱集成到设备的可折叠和展开的膜中,从而为它们提供承受反复变形所需的柔韧性和强度。在实践中,该团队已经使用它们单独和成组地举起越来越重的物品测试了执行器的能力 当集成到机器人手中时,它们能够帮助实现弯曲手指、扭转手掌和转动手腕的运动。通过有效地结合这些方法,IIT 团队表示可以 3D 打印足够强大和灵活的软执行器,以有效地“与自然和社会环境相结合”。因此,该团队认为他们的机器人手原型是实现放生设备的第一步。




△IIT 研究人员的机械手配有 3D 打印的 GRACE 执行器。图片来自 IIT。


△从 FEM 模拟中获得的 GRACE 应变分布结果。图片来自 IIT。


△团队的光弹性测试装置。图片来自 IIT。
基于 3D 打印的生物模拟
自然界为材料科学家和工程师提供灵感,为了在人造结构和机器人技术中重现这些特性,研究人员经常使用3D打印,开拓仿生学的发展。
●在浙江大学,科学家们开发了3D 打印的墨鱼启发结构,模仿了海洋生物独特的能量吸收能力。该团队的早期模型非常耐压缩,能够承受高达自身重量 20,000 倍的变形。
●国立台湾科技大学的工程师拥有不需要任何支撑材料 的 FDM 3D 打印海胆壳形格子。
●在仿生软机器人的尝试中,研究人员已经部署了能够将能量和电信号转换为运动的执行器,以创造具有逼真运动的机器人。山形大学的一个团队提出了一个全 3D 打印的软执行器作为水母机器人的基础。

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