EPFL 研究人員3D打印無機械關節的柔性設備，目標是下一代軟執行器和機器人
時間：2024-04-23 09:18 來源：南極熊 作者：admin 閱讀：次
2024年4月22日，來自EPFL的研究人員計劃使用基于彈性體的墨水來開發新一代軟執行器和機器人，用于3D打印具有局部改變機械性能的物體，從而消除對復雜機械接頭的需要。
對于從事軟機器人或可穿戴設備工作的工程師來說，推進設備輕量化是一個持續的挑戰：較重的材料需要更多的能量來移動，并且對于可穿戴設備或假肢來說會引起不適。彈性體是合成聚合物，可以制造出具有從剛性到彈性的一系列機械性能的材料，這使得它們成為此類應用的流行材料。但迄今為止，制造可成型為從剛性到橡膠的復雜
3D 結構的彈性體仍然不可行。
EPFL 工程學院軟材料實驗室負責人Esther Amstad
說道：“彈性體通常是鑄造的，因此它們的成分在短長度范圍內的所有三個維度上都不會改變。為了克服這個問題，我們開發了 DNGE：可 3D
打印的雙網絡顆粒彈性體，可以將其機械性能改變到前所未有的程度。”
資料來源：洛桑聯邦理工學院
阿姆斯塔實驗室的博士生伊娃·鮑爾 (Eva Baur) 使用 DNGE 打印了一個原型“手指”——剛性的“骨頭”被靈活的“肉”包圍。手指被打印成以預先定義的方式變形——展示了該技術在制造足夠柔軟以彎曲和伸展的設備上的潛力，同時保持足夠堅固以操縱物體。
憑借這些優勢，研究人員相信 DNGE
可以促進軟執行器、傳感器和可穿戴設備的設計，而無需笨重的機械接頭。該研究以題為“3D Printing of Double Network
Granular Elastomers with LocallyVarying Mechanical
Properties”的論文被發表在《先進材料》雜志上。
相關論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202313189
多功能性兩倍
DNGE
多功能性的關鍵在于設計兩個彈性體網絡。首先，彈性體微粒由水包油乳液滴產生。這些微粒被放置在前體溶液中，它們吸收彈性體化合物并膨脹。然后，溶脹的微粒被用來制造
3D 打印墨水，將其加載到生物打印機中以創建所需的結構。前驅體在 3D 打印結構內聚合，形成第二個彈性體網絡，使整個物體變得堅硬。
資料來源：洛桑聯邦理工學院
第一個網絡的組成決定了結構的剛度，而第二個網絡則決定了其斷裂韌性，這意味著兩個網絡可以獨立進行微調，以實現剛度、韌性和抗疲勞性的組合。與水凝膠（最先進的方法中使用的材料）相比，使用彈性體具有創建無水結構的額外優勢，使其隨著時間的推移更加穩定。
DNGE 也可以使用市售 3D 打印機進行打印。
阿姆斯塔德說：“我們方法的優點在于，任何擁有標準生物打印機的人都可以使用它。”DNGE
的一個令人興奮的潛在應用是用于運動引導康復設備，其中支持一個方向的運動同時限制另一個方向的運動的能力可能非常有用。 DNGE
技術的進一步發展可能會產生假肢，甚至是輔助外科醫生的運動指南。傳感遠程運動，例如機器人輔助農作物收割或水下探索，是另一個應用領域。
Amstad 表示，軟材料實驗室已經在致力于通過將響應材料和電氣連接等活性元素集成到 DNGE 結構中來開發此類應用。
(責任編輯：admin)
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