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研究員受摺紙啟發創建3D列印TWISTER機器人

3D列印技術擴大了機器人技術的可能結構和功能範圍,軟機器人開始通過其設計獲得特別的創意。摺紙是工程師不斷獲得啟發的靈感來源之一,最近由俄亥俄州凱斯西儲大學的研究人員開發了一種基於古代日本摺疊藝術的新型3D印表機器人項目。

該項目由CWRU的機械與航空航天工程學院助理教授Kiju Lee及其實驗室主導。Lee的團隊從使用紙機器人的初步試驗轉移到開發可以彎曲、收縮、延伸和扭曲的完全3D列印模型。這種新型機器人被稱為TWISTER(TWISTED TowEr Robot)。

這個創新項目的靈感來源是日本藝術家Mihoko Tachibana的作品。該團隊看到了這種結構的潛力,這是一個由多個摺紙片段組成的結構,可以在設計具有廣泛應用的機器人中實現。

使用摺疊結構的早期工作試驗表面,Lee的團隊將三個小版本的塔添加到一個較大的塔的一端,以三個相對的手指握住並操縱它們。應用不同大小的負荷,如雞蛋或水果,看看結構如何支持它們並移動它們。該團隊發現,指狀元件能夠通過重新分配並相應地使其形狀變形來吸收額外的力。

這種可變形性是諸如TWISTER之類的軟機器人項目對於更傳統的機器人的主要優點之一,在這種情況下,它將使該技術適用於許多令人難以置信的有用的方式。例如,由於其能夠以可能的方式支撐和操縱對象,機器人不需要任何額外的感測器來檢測力並調整自身。因此,必要的人力干預的數量急劇減少。

軟機器人的另一個好處是他們提高了安全性。據Lee說:「這種機器人的可能性在於脆弱的物體操縱和直接的人機交互,因為這些機器人是軟而安全的。」

3D列印可以生產複雜的形狀和高度複雜的摺紙結構。每個TWISTER機器人由多層多邊形組成:三角形、六邊形和八邊形,形成塔狀的管狀形狀。Lee目前使用基於電纜的動作來控制她的創作,但她也研究了使用形狀記憶合金使其具有更加自主的可能性。

Lee一直在與醫療專業人士進行談判,討論如何使TWISTER機器人小型化,將其插入體內,進行一些微創手術。「腹腔鏡手術通常需要一些僵硬的部分,而從外部控制它們的運動會對組織造成壓力,」Lee說。

如果項目進一步發展,這些創新的小機器人甚至可能會完全離開地球。據Lee說,「由於火箭運輸的成本,將任何東西放入空間,體積和重量是至關重要的。這個機器人完全可摺疊,與剛性的手臂相比,輕巧緊湊。」

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