來自代爾夫特理工大學(xué)(TU Delft)的一組材料科學(xué)家一直在研究一個項目,該項目介紹了3D打印“遠距離行動”超材料的有趣概念,有朝一日可用于可穿戴軟機器人。
機械超材料是設(shè)計師材料的一個子類,其中小尺度的合成材料的幾何形狀被設(shè)計用于引入不尋常的屬性和功能,例如形狀記憶行為。
“這些超材料的顯著特性是,它們只需一個驅(qū)動力即可創(chuàng)建非常復(fù)雜的驅(qū)動模式,”與大學(xué)生物力學(xué)工程系添加劑制造實驗室合作的Amir Zadpoor教授解釋道。 “這些材料制造起來也很容易,因為制造這些蜂窩結(jié)構(gòu)所需要的是低成本的3D打印機和雙組分彈性體。”
一種特定的局部驅(qū)動模式被編程進入軟質(zhì)多孔材料的設(shè)計中,以3D打印這些遠距離超材料,這意味著單一的力可以產(chǎn)生必要的局部驅(qū)動。 根據(jù)另一位代爾夫特理工大學(xué)研究員Reza Hedayati博士的說法,本地驅(qū)動通常需要一個由外部控制的連接在一起的相互連接的執(zhí)行器組成的網(wǎng)絡(luò),以創(chuàng)建激活模式。
“在我們的材料中,致動模式被編程為多孔結(jié)構(gòu)的幾何形狀,”Hedayati博士說。 “因此不需要本地執(zhí)行器及其相關(guān)的接線和控制器網(wǎng)絡(luò)。 這使得這些執(zhí)行器更便宜,更容易制造。”
該小組最近發(fā)表了一篇關(guān)于他們的工作的論文,題為“遠距離超材料行動:通過遠場全球力量實現(xiàn)分布式局部驅(qū)動”,APL Materials雜志; 合著者包括Hedayati博士,M.J. Mirzaali博士和L. Vergani以及米蘭理工大學(xué)和Zadpoor博士。
摘要寫道:“在這里,我們提出'行動 - 距離'超材料的概念,其中局部變形的特定模式被編入(蜂窩)材料的結(jié)構(gòu)中。 然后,只需通過施加一個單一的全球和遠場力,即可實現(xiàn)所需的局部致動模式。 我們提出了改變泊松比的拉脹和常規(guī)單元格的漸變設(shè)計,以此作為制作“行動距離”超材料的一種方式。 我們研究了五種漸變設(shè)計,包括線性,兩種徑向漸變,方格和條紋。 樣品用間接添加劑制造,并在壓縮,拉伸和剪切下進行測試。 用數(shù)字圖像相關(guān)性測量的全場應(yīng)變圖證實了類似的遠場應(yīng)變下的局部致動的不同模式。 這些材料在柔軟(可穿戴)機器人技術(shù)和外形方面具有潛在的應(yīng)用。”
由于高度的靈活性以及為操作人員提供的安全性,軟機器人已經(jīng)引起了很多關(guān)注,特別是在3D打印領(lǐng)域。 但是,該領(lǐng)域的主要挑戰(zhàn)之一是創(chuàng)建復(fù)雜的致動模式,以完成抓住微妙物體或幫助病人更容易移動等任務(wù)。 這就是為什么代爾夫特理工大學(xué)的“遠距離行動”超材料非常重要 - 它們可以使制造這些執(zhí)行器變得更容易,而且更便宜,更便宜。
Zadpoor說:“也許這項研究的一個更重要的方面是提出一個軟驅(qū)動器的新設(shè)計范例。 “除了使用互聯(lián)執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)外,您還可以使用幾何圖形,并將驅(qū)動模式編程到柔軟材料的織物中。 這可能會帶來很多其他的機會來使用幾何體進行驅(qū)動。”
該團隊展示了蜂窩(具有正泊松比)和蝴蝶結(jié)(負泊松比)圖案的3D打印蜂窩結(jié)構(gòu)的組合如何被用來制造具有這些復(fù)雜致動模式的軟致動器。
“我們的幾何設(shè)計的基本原理是逐漸改變整個細胞結(jié)構(gòu)中的蜂巢和蝴蝶結(jié)細胞的數(shù)量,以創(chuàng)建特定的致動模式,”與Hedayati博士共享該論文的第一作者的Mirzaali博士解釋說。 “這些細胞結(jié)構(gòu)有時被稱為漸變結(jié)構(gòu),因為這種漸變?!?/span>
這種逐漸變化可以設(shè)計成多種模式,例如條紋,徑向,線性或類似于棋盤。取決于改變的類型,致動模式將會不同。
Hedayati博士說:“這些幾何設(shè)計的另一個優(yōu)點是,所產(chǎn)生的執(zhí)行器重量輕,不會磨損,并且可以很容易地磨損。這可能成為可穿戴式軟機器人的基礎(chǔ),例如可幫助行動不便的軟外用衣。”
如果你想知道的話,這個名字的行動就是因為在執(zhí)行器的一個很大的距離上施加一個單一的力量是激活它們的必要條件。
1553 0
登陸后參與評論
2024-12-02 09:59:38
2024-12-02 09:56:56
2024-12-02 09:45:21
2024-11-29 11:06:12
2024-11-29 11:03:58
2024-11-29 11:01:13
2024-11-29 10:58:23
2024-11-26 09:41:32
2024-11-26 09:34:52
2024-11-26 09:26:04
2024-11-22 10:29:56
2024-11-22 10:28:04