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隨著現(xiàn)在機(jī)器人技術(shù)的創(chuàng)新與普及，開發(fā)能夠模仿有機(jī)物行為的軟性機(jī)器人成為一種新的研發(fā)方向。在災(zāi)難管理、海洋保護(hù)或醫(yī)療保健等應(yīng)用中，這些先進(jìn)的設(shè)備與人類一起工作，具有更大的潛力。日本山形大學(xué)的研究人員已經(jīng)開發(fā)出了全3D打印的執(zhí)行器，該執(zhí)行器可以構(gòu)成類似水母的軟機(jī)器人。

使用基于紫外線的3D打印機(jī)，該團(tuán)隊(duì)能夠?qū)⑿潞铣傻牧Ｗ与p網(wǎng)絡(luò)（P-DN）水凝膠固化成一種與月水母的肌肉相似的收縮機(jī)制。基于他們新穎的設(shè)備，科學(xué)家們現(xiàn)在打算創(chuàng)建一個(gè)具有潛在海洋野生生物監(jiān)視應(yīng)用程序的完整的水生機(jī)器人。

在團(tuán)隊(duì)開始3D打印其執(zhí)行器之前，他們合成了一種新型的交聯(lián)P-DN水凝膠，該凝膠由硬而脆的第一聚合物和較軟的第二層組成。該材料的特點(diǎn)是高含水率，增強(qiáng)的強(qiáng)度和出色的可印刷性，為它們的裝置形成了堅(jiān)實(shí)而易延展的基礎(chǔ)。

準(zhǔn)備好配方后，科學(xué)家們使用基于UV的3D打印機(jī)將其聚合成三個(gè)獨(dú)立的部分：連接器，底座和盒子。從理論上講，“底座”和“盒”設(shè)計(jì)為通過(guò)注入空氣而變形，從而產(chǎn)生提供推進(jìn)所需的收縮，而“連接器”僅將硅樹脂管固定在執(zhí)行器的主體上。

為了進(jìn)行測(cè)試，團(tuán)隊(duì)3D打印了五個(gè)不同的原型，發(fā)現(xiàn)凝膠的彈性與所用單體的類型緊密相關(guān)，并且達(dá)到了交聯(lián)的水平。同樣，執(zhí)行器的生產(chǎn)寬度為0.4-0.5 mm，因?yàn)檩^厚的層會(huì)出現(xiàn)膨脹，從而導(dǎo)致零件不一致。

在壓縮測(cè)試中，通過(guò)管道將空氣注入執(zhí)行機(jī)構(gòu)，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)他們能夠通過(guò)調(diào)節(jié)其組成部件的彈性模量來(lái)控制其變形。該設(shè)備還顯示出與扁圓月水母相同的收縮率，可能使其成為完整機(jī)器人復(fù)制品的理想基礎(chǔ)。

紫外線3D打印機(jī)制造的五個(gè)凝膠致動(dòng)器原型

研究人員認(rèn)為，完善執(zhí)行器壁厚與其軌跡之間的關(guān)系，將是開發(fā)改進(jìn)的設(shè)備迭代的關(guān)鍵。目前，該團(tuán)隊(duì)打算將其執(zhí)行器集成到一個(gè)新穎的海ly啟發(fā)式機(jī)器人中，最終目的是在海洋保護(hù)應(yīng)用中使用它。