4D打印技術助力軟體機器人的發(fā)展?

盡管執(zhí)行器的3D打印是一個相對較新的研究領域，但由于高度可定制，可編程的小規(guī)模執(zhí)行器在微/中尺度機器人中的潛在應用（包括3D打印的類似頭發(fā)的執(zhí)行器），對此領域的興趣有所增長。常見的研究領域是用于可能的工業(yè)應用的軟致動器，其中各種3D打印技術（FDM，DLP，SLS，噴墨，直接墨水書寫（DIW）和定制的SLA平臺）已被用于構建具有多種功能的多材料致動器。改進的性能，功能，設計靈活性和制造效率。

在軟機器人，模制和軟光刻中用于微型執(zhí)行器的傳統(tǒng)制造方法受到限制，而3D打印已為它們帶來了多個優(yōu)勢。借助3D打印，固有的設計自由度意味著可以輕松地在很小的規(guī)模上定制執(zhí)行器，甚至可以將其設計為精確地模仿生物靈感的架構。正如迪肯大學和諾丁漢特倫特大學的研究人員在這項研究中建立的那樣，應用程序現(xiàn)已發(fā)展到包括4D打印。

這項研究于7月份發(fā)表在《視覺與物理原型》雜志上，該研究將4D打印/ 3D打印技術應用于制造可彎曲的氣動執(zhí)行器（SPA），以響應氣壓的變化。這些4D / 3D打印的執(zhí)行器是使用彈性體制成的，能夠響應于簡單的氣壓變化而傳遞各種運動，例如彎曲，扭曲，旋轉(zhuǎn)，滾動，跳躍。

這些執(zhí)行器在工業(yè)應用中優(yōu)于傳統(tǒng)機器人，例如食品包裝，水果收獲，太空探索或非侵入性手術，并且在靈活性，重量輕，運動幅度和可重復性，制造的簡易性和成本效益等方面提供了改進的性能。 。此類4D / 3D打印制造方法還可能潛在地允許在彈性體材料中集成制造包括傳感器（電阻，電容，化學或生物傳感器）的嵌入式電子設備，從而為此類微型SPA提供控制機制。

正如研究指出的那樣，盡管4D / 3D打印面臨著自身的挑戰(zhàn)，但它仍可以為微型應用開發(fā)這種高分辨率的微型功能。迫切需要縮小和縮小3D / 4D打印SPA的尺寸，特別是通過添加用于實際應用的微米級功能，以處理微型精致物體，例如細胞。但是，這種功能應該在SPA的所有關鍵組件中都可擴展，包括集成的傳感器，柔性電子設備和控制器。但是，SPA的小型化受到3D打印機分辨率和3D打印挑戰(zhàn)（例如避免微尺度空隙和通道）的限制。”

DIW是一種使用光固化樹脂的基于擠出的3D打印技術，用于制造具有可調(diào)機械性能的可編程生物啟發(fā)式SPA。使用DIW的制造方法具有優(yōu)于FDM，SLA，SLS，噴墨和DLP的優(yōu)勢-產(chǎn)生的空隙少，所需的剛度和疲勞特性不同，強度和斷裂伸長率更高。 4D打印SPA的新方法開發(fā)了自激振動功能，或?qū)⒉y管型和嵌入式纖維結合到3D打印的彈性體基質(zhì)中。在可持續(xù)性方面，可以使用可回收材料設計3D打印SPA，以降低對環(huán)境的影響，并通過優(yōu)化參數(shù)來減少其碳足跡和浪費。

此類研究為4D打印SPA的設計，自動制造，建模和控制開辟了廣泛的可能性，并且隨著材料的進一步改進，將為下一代實現(xiàn)更好性能的軟機器人執(zhí)行器提供指導，定制，新應用，成本效益和可持續(xù)性，同時還使人機交互比以往任何時候都更安全。
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