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2021年11月3日

马里兰大学研制出的3D打印手,不仅可以玩任天堂,还能赢?!

InVisor学术科研

号外号外,马里兰大学的一个研究小组已经利用3D技术打印出了一个柔性机器人手,而且非常灵活,可以玩任天堂的《超级马里奥兄弟》,重点是,还能赢!!

连最新一期的《Science Advances》杂志封面都让给了这项发明,旨在向大家展示柔性机器人领域的这一项有前途的创新发明。柔性机器人领域的核心是创造新型灵活、可充气的机器人,这些机器人的动力不是像传统一样借助电力驱动,而是借助水或者空气。

柔性机器人固有的安全性和适应性引发了人们将它们应用于假肢和生物医学设备等方面的兴趣。遗憾的是,直到现在,要控制能使这些柔性机器人弯曲和移动的液体动力源始终比较困难。

Ryan D. Sochol领导的团队取得的关键突破主要在于能够利用3D打印出组装完备的带有集成流体电路的柔性机器人。

“以前,软机器人的每一个机械手都需要单独配置一个控制线,使得其便携性和实用性大大首先”该论文的共同一作Joshua Hubbard教授说道。”但是通过3D打印带有我们设计的集成流体晶体管的柔性机器人手,可以只根据一个压力输入来玩任天堂。

“为了解释得更清楚,团队还设计了一个集成的流体电路,使手可以根据单一控制压力的强度进行操作。例如,在施加的压力较低的情况下,柔性机械手仅仅可以使第一根手指按压任天堂控制器,驱使马里奥行走,而施加高压力则可以驱使马里奥跳跃。

在设定程序的指导下,机械手在关闭、低、中、高压力之间自主切换,并能够自主按下控制器上的按钮,在不到90秒内成功完成《超级马里奥兄弟》的第一关。

“近期,还有几个小组试图利用流体电路来增强柔性机器人的自主性,”应届博士毕业生、该研究的共同第一作者Ruben Acevedo说道,”但建造这些流体电路并将其与机器人结合的方法可能需要数天甚至数周的时间,这个项目需要依赖高精确的手工劳动和技术技巧才能完成。”

为了克服这些障碍,该团队有了”PolyJet 3D打印”的想法——就像使用彩色打印机一样,但在3D中会有许多层多材料 “墨水 “堆叠在一起。

研究报告的合著者Kristen Edwards表示:”在一天的时间内,只需一点工作量,研究人员就可以从按下3D打印机的启动键到直接拥有完整的柔性机器人–包括所有的柔性执行器、流体电路元件和机器人准备使用的身体部件。

选择通过实时击败《超级马里奥兄弟》的第一关来验证他们的策略,既是出于科学考虑,也是出于乐趣。因为视频游戏的时间和关卡构成是既定的,只要有一个错误就会导致游戏立即结束,所以,玩马里奥其实是提供了一种评估柔性机器人性能的新方法,这种方法具有独特的挑战性,是该领域中通常没有的。

图源:马里兰大学

除了研发出可以玩任天堂的机械手之外,该团队还在他们的论文中撰写了以陆龟为灵感的柔性机器人。陆龟恰好是马里兰大学的官方吉祥物,而该团队的所有柔性机器人都是在马里兰大学的Terrapin Works 3D打印中心打印的。

可喜的是,该团队的所有研究都是开源的,他们不仅将论文开放给任何人阅读,还在补充材料中提供了一个GitHub的链接,其中有他们工作中所有涉及的电子设计文件。

Ryan D. Sochol表示:”我们将免费分享我们所有的设计文件,这样任何人都可以随时下载、按需修改、或者3D打印我们研究中的所有柔性机器人和流体电路元件,无论是用他们自己的打印机还是通过像我们学校这样的打印服务。我们希望这种开源的3D打印策略能够扩大集成流体电路的柔性机器人的可访问性、传播性、可重复性和采用率,进而加速该领域的进步。

目前,该团队正在探索将其技术应用于生物医学领域,包括康复设备、手术工具和可定制的假肢。

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