这篇Nature封面,有点气泡!
奇物论 2021-11-15

受生物体的启发,软体机器人由其固有的柔顺性的材料开发而成,能够模拟动物和植物运动的连续运动。在软机器人中,标准铰链和螺栓被组装到致动器中的弹性体取代,致动器被编程为在施加刺激(例如气动充气)后改变形状。变形信息通常直接嵌入这些致动器的形状中,其组装得益于快速原型技术的最新进展。然而,这些制造工艺在可扩展性、设计灵活性和鲁棒性方面存在局限性。

 

成果简介

鉴于此,普林斯顿大学P.-T. Brun等人介绍了气泡铸造,这是一种简单而通用的制造方法,用于组装使用流体力学规则和工具编程的整体式致动器。成果发表在Nature 上,并选为该期的封面


图片.png


图片.png



利用流体物理学铸造

气泡铸造提供了一种简单、灵活的方法来使用流体力学的基本规则(流体物理学)为软机器人创建致动器。该方法涉及在混合试剂时自发固化的弹性体。研究人员首先通过注入未固化的弹性体熔体来填充管状模具。当熔体仍然是液体时,研究人员注入空气以形成一个细长的气泡,从而形成致动器的内部空隙。然后利用重力排出聚合物薄膜并允许气泡上升来塑造致动器。最终,随着熔体凝固,这种形状被“冻结”,并且致动器可以在脱模时随时使用,例如,作为夹具。

 

图片.png

图|从气流到编程驱动


可控移动

通过控制一些因素——涂在模具上的弹性体的厚度、弹性体沉降到底部的速度以及固化所需的时间——研究人员可以决定所产生的致动器将如何移动。研究人员使用这种方法来设计和制造可抓握的手、可拍打的鱼尾和可取回球的紧身线圈。他们希望他们简单而通用的方法能够加速新型软机器人的发展。

 

图片

图|在充气时抓住和举起球的软机器人


优缺点

气泡铸造的一个主要优点是它不需要 3D 打印机、激光切割机或其他通常用于软机器人的昂贵工具。该系统也是可扩展的。它有可能生产出几米长的致动器,其特征薄至 100 微米,这几乎和人的头发一样小。

 

尽管具有灵活性,但气泡铸造确实有其局限性。到目前为止,研究人员已经成功地迫使气泡穿过仅几米长的弹性体填充管。此外,过度充气会导致气球爆裂

 

展望

接下来,该研究小组将使用他们的系统来创建更复杂的执行器并探索新的应用。他们对设计在连续波中一起移动的致动器很感兴趣,就像行走的千足虫的双脚一样。另一种可能性是创建带有腔室的致动器,这些腔室使用单个压力源使它们膨胀,从而模拟人类心脏的跳动,交替收缩和放松。

 

综上,利用这种定量知识对这些软机器进行编程并产生复杂的功能,例如从单调刺激中获得的顺序运动。期望该方法的灵活性、鲁棒性和预测性能够通过组装复杂的执行器(例如长的、曲折的或血管结构)来加速软机器人的扩增,从而为源自几何和材料非线性的新功能铺平道路。

 

参考文献:

Jones, T. J., Jambon-Puillet, E., Marthelot, J. et al. Bubble casting soft robotics.Nature 599, 229–233 (2021).

https://doi.org/10.1038/s41586-021-04029-6


加载更多
255

版权声明:

1) 本文仅代表原作者观点,不代表本平台立场,请批判性阅读! 2) 本文内容若存在版权问题,请联系我们及时处理。 3) 除特别说明,本文版权归纳米人工作室所有,翻版必究!
纳米人
你好测试
copryright 2016 纳米人 闽ICP备16031428号-1

关注公众号