摩方应用 | 探索科技未知:微纳3D打印技术赋能软体机器人

发布日期:2023-12-01

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伴随第四次工业革命的浪潮,当前智能制造正在席卷全球,加之工业自动化技术的迭代发展,推动了生物医疗、航空航天、环境监测等行业对机器人应用需求的增加,软体机器人应运而生。

 

软体机器人就是模仿自然界中的软体动物柔软结构和运动方式,基于柔性材料制造出的一种新型机器人。它具备无限自由度和连续变形能力等特性,对于传统机器人无法到达或正常工作的特殊环境有着极强的适应能力,柔软的构型材料使机器人具备更强的人机交互能力,使其具有广泛的应用前景。

 

01合作共赢:PµSL技术与软体机器人

在生物医疗领域,软体机器人可以作为手术机器人,为手术提供更加精准的控制和操作;在航空航天领域,软体机器人可以用于维修和保养太空舱等设施;在环境监测领域,软体机器人可以用于勘探地质和救援行动。当然,在内窥镜、智能传感器和仿生结构领域也具有前瞻性和创新性的应用场景。

 

据Market Data Forecast研究表示,2022年全球软机器人市场规模为4.0143亿美元,预计2028年估值将达到56.5797亿美元,预计2023-2028年的年复合增长率为39%。

图片来源于Market Data Forecast

其中Markets and Markets报告指出,3D打印机器人市场在2023年的价值为16亿美元,预计到2028年将达到32亿美元,预测期内的年复合增长率为14.6%。发展至今,软体机器人已经逐渐进步到更精密的行业应用。

 

目前,摩方精密在软体机器人应用已有着丰富的科研经验,在研究生物体和软体机器人结构与特性之间的相关性中,设计制备出具有该特性的结构和材料,通过独有的面投影微立体光刻(PµSL)技术,可完成复杂三维微结构的快速成型制作,摩方精密制备出的软体机器人相关精细零件被应用于内窥镜、手术机器人、仿生结构、智能传感器等众多领域。

图片来源于Markets and Markets

 

02创新突破:PµSL技术助力科研案例

在软体机器人的应用领域,摩方精密已经与众多科研机构建立了紧密的合作关系,共同完成了许多具有突破性的科研成果。

 

1、混合驱动手术机器人

香港城市大学生物医学工程系申亚京教授带领的研究团队开发了一款毫米级的软连续体机器人,其在线控和磁场的混合驱动模式下同时拥有大转角和高精度操作能力,解决了在狭长受限环境下操作的问题。

 

为了实现毫米级外形尺寸的混合驱动,该团队基于摩方精密超高精度光固化3D打印机nanoArch®P140打印出超薄的镂空型机器人骨架(长度30mm,外径3.0mm,壁厚300μm),并在薄壁上形成150μm的贯穿孔用于腱索的布置。

 

2、分级互锁结构型柔性压力传感器

南方科技大学的郭传飞教授团队设计了由微穹顶阵列与带有次级微柱的微穹顶阵列而形成的一种分级互锁结构,降低了结构硬化给传感器带来影响的问题。

 

该研究团队使用摩方精密nanoArch®S130,打印具有微穹顶结构以及分级微穹顶结构的树脂作为模具。PμSL技术可实现分级互锁结构的高精度、定制化打印,进一步可助力于高灵敏和宽线性传感的柔性压力传感器的制备。

论文链接:https://doi.org/10.1021/acsnano.1c10535

 

3、柔性双模态智能传感器

北京航空航天大学文力课题组提出的基于双模态智能传感界面的软体机器人非接触交互示教方法。在该研究中,基于研究团队所研发多模态柔性传感界面,可在不接触软体机器人、无任何穿戴设备的情况下利用裸手交互地示教软体机器人,使其实现复杂三维运动。

 

课题组基于摩擦纳米发电机原理和液态金属的压阻效应提出了一种能够对非接触信号和接触信号进行实时感知和解耦的柔性双模态智能传感器。该团队利用摩方精密nanoArch®S140,实现了柔性介电层表面微型金字塔模具的3D打印,该传感器自身具有较强的柔性和可拉伸性。

论文链接:https://doi.org/10.1038/s41467-022-32702-5

 

4、仿蠓虫软体机器人(多运动步态)

香港中文大学张立教授课题组联合北京计算科学研究中心丁阳教授课题组以及美国卡耐基梅隆大学Carmel Majidi教授课题组提出一种磁性软体机器人平台用于重建和解耦复杂生物运动,解决了平台缺乏解耦复杂生物行为的问题。

 

该磁性软体机器人可以通过模板法或者3D打印工艺制造。该工作中使用了摩方精密nanoArch®S130,打印一种节肢型的水凝胶磁性机器人,借助高精度光固化成型方式可制备高深宽比软体机器人,复刻蠓幼虫的多种运动步态,并结合编程,进一步实现智能驱动、控制等。

论文链接:https://doi.org/10.1002/adma.202109126

 

机器人的出现为人类打开了无限的想象空间,帮助人类深入极端环境,探索宇宙和生命的奥秘,完成许多人类无法完成或难以完成的任务。只有善用机器人的力量,才能推动社会的进步,实现人类文明的跨越式发展。

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