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3D打印3D 打印的柔软肌肉机器人

2020-02-14  2672

2020年1月31日,康奈尔大学的研究人员开发了一种3D打印的柔软机器人肌肉,该肌肉可以通过排汗来控制其内部温度。

使用基于水凝胶的复合树脂和SLA 光固化3D打印技术,研究人员生产出一种可以储存水分并其能响应温度变化的柔软装置。 根据机械和航空航天工程副教授Robert Shepherd的说法,这种受生物启发的热管理形式可以使机器人能够运行更长的时间。

T.J. Wallin说:“出汗利用蒸发掉的水分迅速散发热量,并可以冷却到周围环境温度以下。” Wallin是Facebook Reality Labs的研究科学家,也是发表在《 Science Robotics》上论文的第一作者。 “通常,生物学为工程师提供了极好的指导。”

一种3D打印的柔软机器人肌肉,可以通过出汗调节温度

负责该项目的Shepard教授表示,制造耐用,敏捷,柔软的机器人的障碍之一是控制其内部温度。在软机器人中使用的合成材料会保存热量,而金属会迅速散发热量。因此,研究人员寻求制造一种自然的冷却系统,该系统不会增加重量或限制软机器人的设计。

在本研究中,科研人员使用定制的水凝胶复合树脂3D打印弹性体执行器,该执行器具有根据热波动而自动打开和关闭的孔。孔在升高的温度下膨胀,释放出水,冷却速度比类似的无汗装置快600%以上。

(A)使用核黄素光引发剂,三乙醇胺助引发剂和MBA作为交联剂,在磺酸盐改性的SiO2和Fe3O4存在下,通过Aam和NIPAm的光聚合,对离子复合水凝胶进行化学反应。 (B)具有树脂替换机制的SLA 3D打印机的简化架构以及执行器的分解图,该图构成了多种材料层;粉色代表PAAm,棕色代表PNIPAm,h代表PAAm和PNIPAm体的高度。 (C)具有高表面积和多种材料设计的3D打印执行器。 (C1)具有孔设计,纹理和应变限制层的执行器。 (C2)显示出汗的动画模型。 (C3)3D打印的执行器,类似于动画模型。

Wallin说:“这种策略的好处是热调节性能取决于材料本身。我们不需要传感器或其他组件来控制出汗率。当温度升至转变温度以上时,毛孔会自行打开和关闭。”

一种3D打印的柔软机器人肌肉,可以通过出汗调节温度

自冷却机器人

经过几次抓地力测试,研究人员发现自动发汗阻止了机器人的过热,但是,机器人的表面确实很滑。此外,机器人分泌液体的能力还可能导致吸收营养,催化反应和清除污染物的方法。

“我认为制造这些具有更多生物相似性的材料和机器人的未来将取决于材料的组成,”Shepard教授补充道。

“Autonomic Perspiration in 3-D Printed Hydrogel Actuators“由Anand K. Mishra, Thomas J. Wallin, Wenyang Pan, Patricia Xu, Kaiyang Wang, Emmanuel P. Giannelis, Barbara Mazzolai, and Robert F. Shepherd.合著。



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