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加州大学使用3D打印创建“类似于昆虫”的软机器

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加州大学圣地亚哥分校的研究人员已经使用 3D 打印技术生产出柔软灵活的行走“昆虫状”机器人。用于制造机器人的基于预算的增材制造技术可以降低 3D 打印软机器人的入门成本，并为该技术在人类不安全的地方开辟新的应用。

据研究人员称，制造昆虫机器人的主要挑战之一是重建复杂的外骨骼结构力学。外壳需要提供多种功能，包括结构支撑、关节灵活性和身体保护，同时提供用于感应、抓握和附着的功能性表面特征。

圣地亚哥研究小组观察到昆虫四肢的活动性由刚性、柔性和梯度刚度元件的排列决定，而昆虫的外骨骼是刚性和柔性机械部件的混合结构。因此，未来的迭代需要一种混合构建方法来更好地反映它们所基于的昆虫模型。

最近，机器人专家开始使用多材料3D打印、激光切割、层压和压铸等方法，将身体和四肢的适应性融入机器人设计中.这些制造技术也有缺点，因为它们通常以获取昂贵且耗时的制造工具为代价，而这些工具提供的材料选择有限。

为了让他们保存更多基于成本的柔性和弹性外骨骼 3D 打印，研究团队设计了一种称为弹性骨打印的新型混合方法。使用熔融沉积建模 (FDM) 3D 打印机和丙烯腈丁二烯苯乙烯 (ABS) 等标准长丝材料使这种方法更便宜且更易于使用。此外，这项新技术不同于传统方法，而是通过将 3D 刚性细丝直接打印到加热的热塑性薄膜上来制造软机器人。这种方法为沉积材料提供了一个灵活而坚固的基层，可以精确控制机器人体内关节和支柱的刚度和特性。

在标准 FDM 打印中，塑料长丝（如 ABS 或聚乳酸 (PLA)）通过加热喷嘴的孔口挤出并沉积在平面上表面。在表面上打印。另一方面，柔性骨架工艺使用改进的 Prusa i3 MK3S 或 LulzBot Taz 6 FDM 3D 打印机将细丝直接沉积到加热的热塑性基层上。这导致沉积材料和不可延伸的柔性基板之间的高结合强度，从而提高抗疲劳性。柔性骨架打印的粘合过程也不需要额外的粘合剂或固化剂，因为细丝在挤出过程中直接粘合在基层上。

测试组件的强度生产和抗疲劳，该团队制造了具有均匀矩形几何形状的柔性梁。将每个梁弯曲到恒定应力状态并保持该位置 10 秒钟，以模拟机器人腿弯曲并固定到位以支撑负载的情况。然后，研究小组通过拍摄未加载梁偏转角的图像来测量梁的蠕变角，该图像是在测试前从中间位置测量的。通过添加聚碳酸酯 (PC) 层，研究人员发现他们能够在 300 个占空比内将 3D 打印梁的蠕变变形减少 70%。

文章来源：《昆虫学报》网址: http://www.kcxbzz.cn/zonghexinwen/2021/0629/847.html