《Science Robotics》：巴斯夫CARA和加州大学联手打造3D打印软体机器人设备

2023年7月30日，南极熊获悉，来自巴斯夫加州研究联盟 (CARA)和加州大学圣地亚哥分校 (UC)的研究团队革命性地改进了软体机器人技术。研究人员 Yichen Zhai、Albert de Boer、Martin Faber、Rohini Gupta 和 Michael T. Tolley 已成功在嵌入流体控制电路的桌面 3D 打印机上制造出一款整体软机器人设备。该项目使用熔丝制造 (FFF) 技术和Ultrafuse TPU材料来构建创新的夹具，这种材料组成保证了人们使用时的安全性。

这项研究的完整细节可以在《科学机器人》最近发表的封面文章中找到，标题为“Desktopfabrication of monolithic soft robotic devices with embedded fluidic controlcircuits/具有嵌入式流体控制电路的单片软机器人设备的桌面级制造”。

相关论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.adg3792

与依赖气动驱动和涉及手工模塑/组装的制造方法的传统软机器人相比，这些新设备采用 3D 打印制造，减少了手工工作的需要，并允许创建更复杂的结构。

FFF 打印的软机器人遇到的一个常见挑战是它们的高有效刚度和潜在的泄漏，这可能会限制它们的功能。为了解决这些问题，研究人员提出了一种巧妙的设计来生产柔软、防漏的气动机器人设备，在打印过程中将流体控制组件嵌入致动器中。他们实现了更柔软的执行器，可以弯曲形成一个完整的圆圈，以及能够控制高压气流的打印气动阀。

该团队进一步将这些执行器和阀门结合起来，创建了一个无电子的自主夹具。该设备的非凡之处在于，它是在一个连续的 3D 打印工作流程中生产的，该工作流程持续了 16 小时 19 分钟。最终产品无需后处理、组装或维修——确保了高度的可重复性和可访问性。

相同的制造策略可以扩展到具有嵌入式传感和控制电路的其他气动装置。关键设计规则包括使用单个连续刀具路径（称为欧拉路径）进行打印，以及创建具有超薄壁的结构。这导致了低刚度结构，与硅胶模制部件相当。

生产的夹具在打印后即可立即使用，具有自动拾取和释放物体的能力。它可以使用类似的桌面3D 打印机轻松复制，这使其成为制造业和农业等各个行业的有吸引力的工具。

巴斯夫和加州大学圣地亚哥分校之间的合作不仅产生了创新的制造方法，还建立了新的设计规则，从而产生了高性能、气密性良好的自主气动装置。这一进步预示着软机器人技术的新时代，复杂的定制机器人可以在单一的整体打印过程中设计和生产。