《Nature》研究人員3D打印出有骨骼、韌帶和肌腱的機器人手

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

這只機械手高度模擬真人手，能夠精確的控制抓握，這一技術(shù)為柔性機器人結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)開辟了全新可能性，未來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上進行驅(qū)動。指尖裝有就地打印傳感器墊，通過流體信號線與壓力傳感器相連（圖 b）。當手接觸到物體且感應到的壓力超過閾值時，伺服電機上的控制動作就會被觸發(fā)。例如，當手掌傳感器接觸到物體時，會觸發(fā)抓取動作（即所有手指彎曲）。當物體接觸到手指的傳感器墊時，壓力的變化會通過信號線被檢測到。一旦達到預定的壓力閾值，手指運動就會在完全彎曲之前停止（圖c）。還可以驅(qū)動手部的單個手指，例如，可對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。使用一組物體對這只手的抓取能力進行了評估（圖 e）。

據(jù)悉，研究人員采用的是一種名為 "視覺控制噴射 "的噴墨打印工藝，可以制造復雜的系統(tǒng)和機器人。通過這種方法，掃描系統(tǒng)可以捕捉三維打印幾何圖形，實現(xiàn)數(shù)字反饋回路，從而無需使用機械平整器。這種非接觸式工藝能夠使用連續(xù)固化的化學物質(zhì)，從而打印出更多的材料系列和彈性模量。通過將打印材料與最先進的材料進行比較的標準化測試，可以看出材料性能的進步。

研究人員使用這種3D打印技術(shù)制造了各種復雜的高分辨率復合材料系統(tǒng)和機器人，除了上面的肌腱驅(qū)動的手，還有氣動行走機械狗、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)提供了一種自動化、可擴展、高吞吐量的工藝。

研究人員表示，這項新技術(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。接下來，他們將利用這項技術(shù)探索更多的可能性。

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