Dieser 3D-gedruckte Greifer benötigt keine Elektronik, um zu funktionieren

Dieser weiche Robotergreifer wird nicht nur in einem Druck in 3D gedruckt, er benötigt auch keine Elektronik, um zu funktionieren.

Das Gerät wurde von einem Team von Robotikern an der University of California San Diego in Zusammenarbeit mit Forschern des BASF-Konzerns entwickelt, die ihre Arbeit in einer aktuellen Ausgabe von Science Robotics detailliert beschrieben haben.

Die Forscher wollten einen weichen Greifer entwickeln, der sofort einsatzbereit ist, wenn er aus dem 3D-Drucker kommt, und der über integrierte Schwerkraft- und Berührungssensoren verfügt. Dadurch kann der Greifer Gegenstände aufnehmen, halten und freigeben. Vor dieser Arbeit gab es keinen solchen Greifer.

„Wir haben Funktionen so konzipiert, dass eine Reihe von Ventilen es dem Greifer ermöglichen, bei Kontakt zu greifen und zum richtigen Zeitpunkt loszulassen“, sagte Yichen Zhai, Postdoktorand am Bioinspired Robotics and Design Lab der University of California in San Diego Hauptautor des Artikels, der in der Ausgabe von Science Robotics vom 21. Juni veröffentlicht wurde. „Es ist das erste Mal, dass ein solcher Greifer sowohl greifen als auch loslassen kann. Sie müssen lediglich den Greifer horizontal drehen. Dadurch verändert sich der Luftstrom in den Ventilen und die beiden Finger des Greifers lösen sich.“

Diese Fluidlogik ermöglicht es dem Roboter, sich zu merken, wann er ein Objekt ergriffen hat und sich daran festhält. Wenn es das Gewicht des Objekts erkennt, das zur Seite drückt, während es sich in die Horizontale dreht, gibt es das Objekt frei.

Die Soft-Robotik verspricht, Robotern eine sichere Interaktion mit Menschen und empfindlichen Objekten zu ermöglichen. Dieser Greifer kann an einem Roboterarm für industrielle Fertigungsanwendungen, die Lebensmittelproduktion und die Handhabung von Obst und Gemüse montiert werden. Für Forschungs- und Erkundungsaufgaben kann es auch auf einen Roboter montiert werden. Darüber hinaus kann es ungebunden betrieben werden, wobei eine Hochdruckgasflasche die einzige Energiequelle ist.

Die meisten 3D-gedruckten Softroboter weisen oft eine gewisse Steifigkeit auf; wenn sie aus dem Drucker austreten, weisen sie eine große Anzahl von Lecks auf; und erfordern nach dem Drucken einen erheblichen Bearbeitungs- und Montageaufwand, um verwendbar zu sein.

Das Team überwand diese Hindernisse, indem es eine neue 3D-Druckmethode entwickelte, bei der die Druckerdüse einen kontinuierlichen Pfad durch das gesamte Muster jeder gedruckten Schicht zeichnet.

„Es ist, als würde man ein Bild zeichnen, ohne jemals den Bleistift von der Seite zu nehmen“, sagte Michael T. Tolley, der leitende Autor des Artikels und außerordentlicher Professor an der UC San Diego Jacobs School of Engineering.

Diese Methode verringert die Wahrscheinlichkeit von Undichtigkeiten und Defekten im Druckstück, die beim Drucken mit weichen Materialien sehr häufig auftreten.

Das neue Verfahren ermöglicht auch den Druck dünner Wände bis zu einer Dicke von 0,5 Millimetern. Die dünneren Wände und komplexen, geschwungenen Formen ermöglichen einen größeren Verformungsbereich, was insgesamt zu einer weicheren Struktur führt. Die Forscher stützten die Methode auf den Eulerschen Pfad, der in der Graphentheorie eine Spur in einem Graphen ist, die jede Kante dieses Graphen nur einmal berührt.

„Wenn wir diese Regeln befolgten, konnten wir durchgängig funktionierende pneumatische Softroboter mit eingebetteten Steuerschaltkreisen drucken“, sagte Tolley.

Digitale Desktop-Fertigung autonomer monolithischer Soft-Robotik-Geräte mit eingebetteten Fluid-Steuerkreisen

Yichen Zhain, Jioayao Yan, Benjamin Shih, Michael T. Tolley, University of California San Diego

Albert De Boer, Martin Faber, Joshua Speros, Rohini Gupta, BASF

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