Учените отпечатаха роботизирана ръка, която работи чрез оптичното сканиране
Всички познаваме движенията на роботите. Те се отличават със своята скована и механична отчетливост. Чудите ли се, защо се получава така? За разлика от хората и животните, роботите нямат истински кости или гъвкавите тъкани, които ги свързват. Те са снабдени с изкуствени връзки и стави. Направени са от материали като въглеродни влакна и метални тръби.
Въпросните структури позволяват на робота да извършва разнообразни движения, да хваща предмети и да поддържа различни пози. Въпреки това, тъй като връзките и ставите са съставени от твърди материали, телата на роботите не са толкова гъвкави, подвижни и меки като човешките. Именно на това се дължи сковаността на движенията им.
Сега екип от изследователи от Швейцарския технологичен институт и компанията Inkbit от САЩ са измислили начин за 3D отпечатване на първата в света роботизирана ръка с вътрешна структура. Тя е съставена от човешки кости, връзки и сухожилия. Иновативното изобретение е отпечатано с помощта на изцяло нов метод за 3D мастиленоструйно отлагане. Той е наречен визуално контролирано струене (VCJ).
Реализъм в 3D принтиране
Съвременните 3D отпечатани роботи се правят с помощта на полиакрилати. Тези полимери са издръжливи и се втвърдяват бързо по време на отлагане. Всеки отпечатан слой изисква механична планаризация. Това е процес на изглаждане на неравната повърхност чрез използване на механична сила. Той ограничава мекотата и химичния вид на материала, който се използва. Ето защо стандартните 3D отпечатани роботи не са много еластични и са ограничени по отношение на своите форми и способности.
Поради бързото втвърдяване на използвания материал, учените нямат време да правят модификации в слоевете. Те са принудени да използват отделни производствени стъпки и сглобяване, за да направят различните компоненти на един робот. След като приключат с отпечатването на всяка част, те ги сглобяват и тестват щателно, което прави процеса дълъг и досаден.
Благодарение на VCJ метода могат да се постигнат огромни разлики. Този процес на 3D печат включва използването на меки, бавно втвърдяващи се тиоленови полимери. Те имат чудесни еластични свойства и се връщат в първоначалното си състояние много по-бързо след огъване.
Нови възможности
Системата VCJ включва 3D принтер и 3D лазерен скенер, които визуално инспектират всеки слой за повърхностни неравности. Тази проверка прави процеса на печат напълно безконтактен. Това позволява депозирането на по-широк диапазон от възможни полимери.
След сканирането няма механична планаризация на отложения слой. Вместо това следващият слой се отпечатва по такъв начин, че да компенсира всички нередности в предишния. Механизмът за обратна връзка компенсира нередностите при отпечатване чрез изчисляване на всички необходими корекции на количеството материал в реално време. Това се случва с изключителна точност.
Контролирана система със затворен цикъл позволява да се отпечата цялата структура на робот наведнъж. Тук не е необходимо сглобяване. Това ускорява неимоверно процеса на инженерно проектиране, като се пропускат скъпите междинни инструменти и монтаж.
Използвайки техниката VCJ, изследователите успешно отпечатват роботизирана ръка, която има вътрешни структури, подобни на тези в човешка. Снабдена с тъчпадове и сензори за натиск, роботизираната ръка има 19 подобни на сухожилия структури. Те й позволяват да движи китката и пръстите. Ръката може да усеща допир, да хваща предмети и да спира, когато пръстите докоснат нещо.
Бъдещето на VCJ
Освен споменатите постижения, учените са отпечатали роботизирано сърце, робот с шест крака и метаматериал, способен да абсорбира вибрации в заобикалящата го среда. Всички те работят като хибридни меко-твърди системи. Те могат да превъзхождат твърдите роботи по отношение на гъвкавостта и да преодолеят проблемите, свързани с дизайна и мащаба, пред които са изправени меките роботи.
Тъй като последните са направени от гъвкави материали като течности или еластомери, за учените е трудно да поддържат тяхната геометрия и здравина в по-големи мащаби. Сега VCJ има потенциала да създаде мащабируеми хибридни меко-твърди роботи.
С новата технология може да се произвеждат функционални части за роботика, медицински импланти и различни други части. Високата разделителна способност, подходящите свойства на материала и дългият им живот правят системата VCJ много полезна както за изследователски, така и за търговски приложения.
