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              《Nature》研究人員3D打印出有骨骼、韌帶和肌腱的機(jī)器人手

              科研前沿
              2023
              11/20
              12:08
              分享
              評(píng)論
              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



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