科學家借助4D打印的軟機器人將機器人制造推向新的高度
時間：2019-12-23 09:04 來源：中國3D打印網 作者：中國3D打印網 閱讀：次
中國3D打印網12月23日訊，一組研究人員探索了軟機器人技術的發展，并在最近出版的《閉環4D打印的軟機器人》中概述了他們的發現。在強調該領域的發展速度時，作者明確指出：從材料和建模到性能控制等等，涉及許多不同級別的研發。 3D打印可實現出色的自定義功能，但通過4D打印將流程擴展到新的高度，研究人員可以為機器人技術添加更多功能。
閉環4D打印使研究人員可以增強帶有傳感器，執行器和控件的軟機器人，從而總體上獲得更好的性能。作者使用數據驅動的機器學習模型將這些細節集成到電子創新中，該模型旨在處理新的任務層次，其中包括：
1、抓
2、排序
3、攀爬或爬行
4、檢查
5、搜索和救援
6、藥物輸送系統
據中國3D打印網了解，類似折紙的軟機器人可以提供特定任務所需的可變剛度，從而具有更高的效率和靈活性，這是傳統機器人無法處理的。閉環4D打印的軟機器人也可以用于自主手術，腹腔鏡檢查和內窺鏡檢查等。
閉環4D打印的軟機器人圖。
機器學習在4D打印的軟機器人中扮演著顯而易見的角色，從而減輕了“多樣化操縱任務”所涉及的一些挑戰。機器學習可在制造過程中用于開發此類機器人，而算法可用于加快速度。性能優化，例如零件的粘度和方向。研究人員說：“通過物理模型的集成，機器學習在統計學習框架中使用稀疏數據集來預測材料和3D打印處理參數，從而提高3D打印速度和保真度。”
使用3D打印時，可以引入以下功能：
1、定向各向異性
2、可變剛度
3、空間異質機械強度
機器學習的使用對于這一領域的機器人技術是有利的，它提供了更大的尺寸以及更多功能，并且具有各種可用的控制機制：開環控制器，閉環（具有嵌入式軟傳感器）等。“用于構造軟機器人的機制和材料是相似的；因此，可以通過一種處理非線性和敏捷性高的學習策略來啟發控制。”研究人員解釋說。
3D打印傳感器及其在4D打印軟機器人中的應用。 （a）3D打印的集成應變傳感器（經Copernicus Publications代表AMA復制[42]）； （b）3D打印的sEMG電極（經Copernicus Publications代表AMA復制[42]）； （c）在水母軟機器人中進行3D打印的壓電傳感器（經SPIE [67]許可復制）； （d）3D打印的電子舌頭傳感器（經Frontiers [110]許可復制）； （e）3D打印的壓力傳感器（經John Willey and Sons許可復制[71]）； （f）3D打印的流體流速傳感器（經IOP Publishing [98]許可復制）。 （g）用于氣體檢測的3D打印狗鼻（經自然出版集團[109]許可復制）； （h）3D打印的柔性觸覺傳感器（經Springer [58]許可復制）； （i）3D打印的熱致變色和溶劑致變色傳感器（經John Wiley and Sons許可復制[100]）。
現在僅3D打印的傳感器就已經足夠先進，可以在空間水平上進行打印，而對于4D打印的機器人，可以對這些功能進行“分類和引入”，兩棲軟機器人也有潛力實現廣泛的應用范圍。
閉環4D打印使研究人員可以增強帶有傳感器，執行器和控件的軟機器人，從而總體上獲得更好的性能。作者使用數據驅動的機器學習模型將這些細節集成到電子創新中，該模型旨在處理新的任務層次，其中包括：
1、抓
2、排序
3、攀爬或爬行
4、檢查
5、搜索和救援
6、藥物輸送系統
據中國3D打印網了解，類似折紙的軟機器人可以提供特定任務所需的可變剛度，從而具有更高的效率和靈活性，這是傳統機器人無法處理的。閉環4D打印的軟機器人也可以用于自主手術，腹腔鏡檢查和內窺鏡檢查等。
閉環4D打印的軟機器人圖。
機器學習在4D打印的軟機器人中扮演著顯而易見的角色，從而減輕了“多樣化操縱任務”所涉及的一些挑戰。機器學習可在制造過程中用于開發此類機器人，而算法可用于加快速度。性能優化，例如零件的粘度和方向。研究人員說：“通過物理模型的集成，機器學習在統計學習框架中使用稀疏數據集來預測材料和3D打印處理參數，從而提高3D打印速度和保真度。”
使用3D打印時，可以引入以下功能：
1、定向各向異性
2、可變剛度
3、空間異質機械強度
機器學習的使用對于這一領域的機器人技術是有利的，它提供了更大的尺寸以及更多功能，并且具有各種可用的控制機制：開環控制器，閉環（具有嵌入式軟傳感器）等。“用于構造軟機器人的機制和材料是相似的；因此，可以通過一種處理非線性和敏捷性高的學習策略來啟發控制。”研究人員解釋說。
3D打印傳感器及其在4D打印軟機器人中的應用。 （a）3D打印的集成應變傳感器（經Copernicus Publications代表AMA復制[42]）； （b）3D打印的sEMG電極（經Copernicus Publications代表AMA復制[42]）； （c）在水母軟機器人中進行3D打印的壓電傳感器（經SPIE [67]許可復制）； （d）3D打印的電子舌頭傳感器（經Frontiers [110]許可復制）； （e）3D打印的壓力傳感器（經John Willey and Sons許可復制[71]）； （f）3D打印的流體流速傳感器（經IOP Publishing [98]許可復制）。 （g）用于氣體檢測的3D打印狗鼻（經自然出版集團[109]許可復制）； （h）3D打印的柔性觸覺傳感器（經Springer [58]許可復制）； （i）3D打印的熱致變色和溶劑致變色傳感器（經John Wiley and Sons許可復制[100]）。
現在僅3D打印的傳感器就已經足夠先進，可以在空間水平上進行打印，而對于4D打印的機器人，可以對這些功能進行“分類和引入”，兩棲軟機器人也有潛力實現廣泛的應用范圍。
中國3D打印網點評：“盡管存在問題，但通過將3D打印的軟傳感器和執行器與機器學習算法和FEM集成，可以實現4D打印的軟機器人。集成3D打印的執行器和傳感器是可行的，但受所用材料的性質限制。因此，增強閉環4D打印的軟機器人的未來依賴于合適材料，機器學習方法和控制算法的集成。從新的設計和框架到持續的定制和不同的材料，軟機器人技術一直將是研究的熱點。“
集成的3D打印的軟傳感器和執行器：（a）氣動軟執行器中的3D打印的嵌入式傳感器（經SPIE [126]許可復制）； （b）具有印刷嵌入式傳感器的3D打印軟爪（經John Wiley and Sons許可復制[9]）； （c）3D打印的假肢上的3D打印的觸覺傳感器（經美國化學學會[34]許可復制）； （d）4D打印的多穩態熱執行器（經John Wiley and Sons [150]許可復制）； （e）雙穩態3D打印的軟執行器（經MDPI [148]許可復制）； （f）具有集成焦耳加熱電路的3D打印可變剛度軟執行器（經John Wiley and Sons許可復制[151]）
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