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技术 | 3D打印为机器人量身定制“减震外衣”!


具有良好减震性能的机器人是我们所追求的,而麻省理工学院的研究人员们利用3D打印技术为机器人们量身定制了“减震外衣”,这大大地保护了它们免受冲击外力的影响,提高了使用寿命。

看过2015年DARPA机器人挑战赛的观众可能会注意到很多的参赛机器人都配备有防护垫,以防止摔倒时发生意外。麻省理工学院的计算机科学和人工智能实验室(Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory 简称CSAIL)正在探索利用3D打印技术制备软性材料并应用在机器人身上,使得其可以自定义减震功能,以起到保护作用。这种材料不仅可以使机器人抵抗摔倒时的冲击力,还可以让它移动更加灵活精确。

机器人工程师长期以来一直热衷于软性材料。简单来说,这种材料可以保护机器人免受摔倒以及其他冲击。在未来,人类和机器人共事越来越频繁的时候,甚至可以利用这种特性来保护我们自己。而这种软性材料的设计一般是通过模仿动物而实现的。

通过使用3D打印技术,CSAIL的研究人员们正在设计一种新的软性材料,从根本上改善机器人的性能。他们将这种材料称之为“可编程的黏弹性材料”(programmable viscoelastic material 简称PVM),它是基于控制材料的硬度和强度来改变机器人移动和反应的,通过这项技术,工程师们可以针对自己手头上的任务,进行个性化的材料定制。

橡胶和塑料由于黏弹性较好,是常见的阻尼器,但是它们的性能在制备的过程中就已经被确定,再加上工艺复杂,成本昂贵,很难做出“个性化”的材料来。CSAIL的研究人员说,解决办法就是3D打印自定义的可编程粘弹性材料,通过加入预先设定好的液体量,以及确定液体所在区域,就可以决定最终材料的强度或弹性。如果需要的话,材料特殊部位的参数也可以按照自己所需的要求设定。

按照这种方法,研究人员们将不同材料制成的液滴一层一层地放置在喷墨打印机上,用紫外光将设计图的非液态区域凝固,只留下液体的填充腔。这样就可以打印出具有自定义强度的材料了。

为了测试新方法制备的材料,研究人员们做了一个立方体形的机器人,它具有一个坚固的身躯、两个马达、一个微处理器以及电池,四层的环状金属条可以提供推进力,当然还少不了测量惯性的传感器。这些零器件将披上用新方法制备的柔性材料,作为自己的“减震皮肤”,然后通过实验测试3D打印的柔性材料的性能。


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图为CSAIL的研究人员设计的带“减震外衣”的立方体机器人


实验结果表明,一些机器人遇到冲击时,会弹跳得很高,而另外一些机器人则弹跳得很矮,但是弹跳后,它能回到预期的位置,其精确度是高回弹机器人的四倍。CSAIL的研究人员说,由这种材料制备的组件可以应用在越来越多的耐用型机器人身上,当它们碰撞地面或者碰到其他冲击力的时候,可以比传统材料做的机器人减少一半的能量损失。而且,这种打印技术可以打印出我们所需要的特定性能的材料,而不是依靠工厂里的运行的流水线。

CSAIL的研究人员认为3D打印PVM技术应用前景十分广阔。除了可以提高机器人的安全性以及可控性之外,它还可以用于延长无人机的寿命,提高跑鞋、安全帽的性能,和保护摄像机以及传感器内部的精密仪器。

博士后Robert MacCurdy说道:“将此技术应用在同一个对象的不同区域,会有不同的效果。比如安全帽,在帽中某一区域应用这种新材料会有利于你的头部放松,而在容易受到冲击的其他部位使用这种材料,则起到减震的作用。”


文章来源:材料牛


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点击次数:  更新时间:2016-10-07 14:00:43  【打印此页】  【关闭