《Nature》研究人員3D打印出有骨骼、韌帶和肌腱的機(jī)器人手

2023年11月20日，南極熊獲悉，近日《Nature》雜志發(fā)布了一項(xiàng)最新的研究成果，瑞士和美國(guó)研究人員將3D打印與激光掃描和反饋機(jī)制相結(jié)合，成功打印出具有骨骼、韌帶和肌腱的機(jī)器人手。

這只機(jī)械手高度模擬真人手，能夠精確的控制抓握，這一技術(shù)為柔性機(jī)器人結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)開(kāi)辟了全新可能性，未來(lái)也有望成為殘疾人士的功能性義肢。

研究人員將一組肌腱連接到伺服電機(jī)上進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。指尖裝有就地打印傳感器墊，通過(guò)流體信號(hào)線與壓力傳感器相連（圖 b）。當(dāng)手接觸到物體且感應(yīng)到的壓力超過(guò)閾值時(shí)，伺服電機(jī)上的控制動(dòng)作就會(huì)被觸發(fā)。例如，當(dāng)手掌傳感器接觸到物體時(shí)，會(huì)觸發(fā)抓取動(dòng)作（即所有手指彎曲）。當(dāng)物體接觸到手指的傳感器墊時(shí)，壓力的變化會(huì)通過(guò)信號(hào)線被檢測(cè)到。一旦達(dá)到預(yù)定的壓力閾值，手指運(yùn)動(dòng)就會(huì)在完全彎曲之前停止（圖c）。還可以驅(qū)動(dòng)手部的單個(gè)手指，例如，可對(duì)折的拇指可以觸碰其他手指的指尖（圖 d）。這種傳感裝置可讓手自主抓取物體。使用一組物體對(duì)這只手的抓取能力進(jìn)行了評(píng)估（圖 e）。

據(jù)悉，研究人員采用的是一種名為 "視覺(jué)控制噴射 "的噴墨打印工藝，可以制造復(fù)雜的系統(tǒng)和機(jī)器人。通過(guò)這種方法，掃描系統(tǒng)可以捕捉三維打印幾何圖形，實(shí)現(xiàn)數(shù)字反饋回路，從而無(wú)需使用機(jī)械平整器。這種非接觸式工藝能夠使用連續(xù)固化的化學(xué)物質(zhì)，從而打印出更多的材料系列和彈性模量。通過(guò)將打印材料與最先進(jìn)的材料進(jìn)行比較的標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試，可以看出材料性能的進(jìn)步。

研究人員使用這種3D打印技術(shù)制造了各種復(fù)雜的高分辨率復(fù)合材料系統(tǒng)和機(jī)器人，除了上面的肌腱驅(qū)動(dòng)的手，還有氣動(dòng)行走機(jī)械狗、模擬心臟的泵和超材料結(jié)構(gòu)。他們的方法為制造高分辨率、功能性多材料系統(tǒng)提供了一種自動(dòng)化、可擴(kuò)展、高吞吐量的工藝。

研究人員表示，這項(xiàng)新技術(shù)可以比較容易地將柔軟的、具有彈性和剛性的材料結(jié)合起來(lái)。接下來(lái)，他們將利用這項(xiàng)技術(shù)探索更多的可能性。

論文鏈接 https://www.nature.com/articles/s41586-023-06684-3