研究者はエレクトロニクスを作成します

カリフォルニア大学サンディエゴ校

購読すると、当社の利用規約とポリシーに同意したものとみなされます。いつでも購読を解除できます。

3D プリンターで、ブロックから取り出してすぐに作業できるロボットを製造できるかどうかを想像してみてください。このコンセプトは、カリフォルニア大学サンディエゴ校と BASF 社の研究者チームによって実現されました。彼らの努力の結果、すぐに印刷でき、動作するために電子機器を必要としないロボットグリッパーが誕生しました。

研究チームによると、このソフトグリッパーは3Dプリンターから取り出した直後に使用可能で、重力センサーとタッチセンサーが内蔵されており、物体を掴んだり、保持したり、解放したりすることが可能だという。「このようなグリッパーがグリップとリリースの両方を行うことができるのは初めてです。グリッパーを水平に回転させるだけです。これによりバルブ内の空気の流れが変化し、グリッパーの 2 本の指が解放されます」と大学の声明では述べられています。

彼らの研究の詳細は、Science Robotics誌に掲載されています。

3D プリントされたソフトロボットのほとんどは硬いです。プリンターから出るときに漏れがたくさんあります。また、使用するには印刷後に多くの加工と組み立てが必要です。研究者らは、プリンターのノズルが印刷される各層のパターン全体を通る連続的な経路をトレースする新しい 3D 印刷方法を考案することで、これらの問題を回避することができました。「それは、鉛筆をページから一度も離さずに絵を描くようなものです」と、論文の主著者でカリフォルニア大学サンディエゴ・ジェイコブス工学部准教授のマイケル・T・トーリー氏は声明で述べた。

この手順により、柔らかい素材で印刷する場合に起こりやすい、印刷物の漏れや欠陥の可能性が軽減されます。新しいアプローチでは、0.5 ミリメートルほどの薄壁の印刷も可能になります。より薄い壁と複雑な湾曲した形状により、より多くの変形が可能になり、全体の構造がより柔らかくなります。「研究者らはオイラー経路に基づいた方法を開発しました。オイラー経路とは、グラフ理論において、グラフのすべての端に一度だけ触れるグラフ内の軌跡のことです。」

新しい方法に従って、チームは、制御回路が組み込まれた機能的な空気圧ソフトロボットを一貫して印刷することができました。

ソフトロボティクスは、ロボットが人間や壊れやすいものと安全に対話できるようにする可能性を秘めています。研究チームによると、このグリッパーは工業生産、食品加工、果物や野菜の取り扱いのためにロボットアームに取り付けられる可能性があるという。ロボットに取り付けて研究や探索に使用することもできます。また、電源として高圧ガスの入ったボトルだけを使用して、無接続で動作することもできます。

研究チームによると、グリッパーの製造プロセス全体では、後処理、組立後、または製造上の欠陥修正が不要なため、この技術は非常に再現性が高く、利用しやすいものになっています。「私たちが提案するアプローチは、分散型製造施設で作成される複雑でカスタマイズされたロボットシステムとコンポーネントへの一歩を表しています。」

研究概要

ほとんどのソフトロボットは空気圧で作動し、成形および組み立てプロセスによって製造されますが、これらのプロセスでは通常多くの手作業が必要となり、複雑さが制限されます。さらに、単純な機能を実現するためにも、複雑な制御コンポーネント (電子ポンプやマイクロコントローラーなど) を追加する必要があります。デスクトップ溶融フィラメント製造 (FFF) 3 次元印刷は、手作業が少なく、より複雑な構造を生成できる、アクセスしやすい代替手段を提供します。ただし、材料とプロセスの制限により、FFF プリントのソフトロボットは多くの場合、有効剛性が高く、多数の漏れが発生するため、用途が制限されます。 FFF を使用して、流体制御コンポーネントが埋め込まれたアクチュエータを同時に印刷する、ソフトで気密な空気圧ロボットデバイスの設計と製造のアプローチを紹介します。私たちは、FFF を使用して以前に製造されたアクチュエータよりも一桁柔らかく、曲げて完全な円を形成できるアクチュエータを印刷することで、このアプローチを実証しました。同様に、低い制御圧力で高圧の空気流を制御する空気圧バルブを印刷しました。アクチュエーターとバルブを組み合わせて、モノリシックに印刷されたエレクトロニクスを使用しない自律グリッパーを実証しました。一定の空気圧供給源に接続すると、グリッパーは自律的に物体を検出して掴み、グリッパーに垂直に作用する物体の重量による力を検出すると物体を解放します。グリッパーの製造プロセス全体では、後処理、組立後、または製造上の欠陥の修復が必要ないため、このアプローチは再現性が高く、利用しやすいものになっています。私たちが提案するアプローチは、分散型製造施設で作成される複雑でカスタマイズされたロボットシステムとコンポーネントへの一歩を表しています。