受昆蟲啟發(fā) 機(jī)器人實(shí)現(xiàn)了柔性骨架印刷

昆蟲通常具有各種復(fù)雜的外骨骼結(jié)構(gòu)，可以為它們的運(yùn)動(dòng)和日?；顒?dòng)提供支持。為昆蟲啟發(fā)型機(jī)器人制造與這些自然存在的結(jié)構(gòu)相匹配的人造外骨骼是機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

盡管研究人員已經(jīng)提出了幾種制造工藝和技術(shù)來(lái)為昆蟲靈感的機(jī)器人生產(chǎn)外骨骼，但是其中許多方法極其復(fù)雜，或者依賴于昂貴的設(shè)備和材料，這使得它們?cè)趯?shí)際批量化制造中不可行，并且難以在更大范圍內(nèi)應(yīng)用。

考慮到這一點(diǎn)，加利福尼亞大學(xué)圣地亞哥分校的研究人員最近開發(fā)了一種新工藝，用于設(shè)計(jì)和制造具有外骨骼結(jié)構(gòu)的昆蟲啟發(fā)式機(jī)器人的組件。他們?cè)赼rXiv上預(yù)先發(fā)表的一篇論文中介紹了稱為柔性骨架印刷的這一過(guò)程。

研究人員在論文中寫道：“受昆蟲外骨骼的啟發(fā)，我們提出了一種稱為‘flexoskeleton’印刷的新制造工藝，該工藝能夠快速，方便地制造混合型剛性/軟性機(jī)器人。”

到目前為止，通常使用昂貴的材料和3D打印機(jī)以及多步鑄造和機(jī)器加工工藝來(lái)制造具有剛性和軟性部件的混合機(jī)器人。在他們的研究中，加州大學(xué)圣地亞哥分校的研究團(tuán)隊(duì)著手創(chuàng)建一種更便宜且更易于使用的新制造方法。

a）解釋研究人員介紹的打印過(guò)程如何工作的圖。b）在透明PC層上打印后立即使用研究人員的方法創(chuàng)建的四足機(jī)器人。c）從PC層釋放后的四足機(jī)器人。

他們開發(fā)的柔性骨架印刷方法依賴于消費(fèi)級(jí)熔融沉積材料（FDM）3-D打印機(jī)的改編，該打印機(jī)在沉積材料和打印機(jī)的柔性基礎(chǔ)層之間提供了非常強(qiáng)的粘合強(qiáng)度，此過(guò)程可用于為具有不同形狀和形態(tài)的昆蟲啟發(fā)機(jī)器人創(chuàng)建外骨骼。

值得注意的是，研究人員提出的制造方法可以同時(shí)被新手和專家用戶使用，因?yàn)樗喈?dāng)簡(jiǎn)單易懂，它也比其他制造方法便宜得多，因?yàn)樗蕾嚨牟牧虾驮O(shè)備相當(dāng)便宜并且容易獲得。

在他們的研究中，該團(tuán)隊(duì)通過(guò)使用它來(lái)設(shè)計(jì)和測(cè)試各種規(guī)范的屈曲骨骼元素，證明了其方法的可行性。然后，他們將產(chǎn)生的所有元素組合到具有柔性外骨骼結(jié)構(gòu)的步行四足機(jī)器人中。

研究人員在論文中寫道：“我們開發(fā)的方法在很大程度上依賴于表面特征的三維幾何形狀及其對(duì)零件局部機(jī)械性能的貢獻(xiàn)之間的相互關(guān)系。” “我們預(yù)想，這種方法將使一類新的受生物啟發(fā)的機(jī)器人成為重點(diǎn)，重點(diǎn)放在機(jī)械設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)之間的相互關(guān)系上?！?/p>

將來(lái)，由這組研究人員設(shè)計(jì)的新設(shè)計(jì)和制造工藝可以促進(jìn)眾多昆蟲啟發(fā)式機(jī)器人的開發(fā)。由于該技術(shù)比大多數(shù)現(xiàn)有方法更直接，更實(shí)惠，因此還可以使現(xiàn)有或新機(jī)器人更易于擴(kuò)展，從而增加其被大量生產(chǎn)并投放市場(chǎng)的機(jī)會(huì)。