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科学家用记忆合金3D打印逼真的仿生机器人手指

作者:新航创梦科技 时间:2015-10-14 11:25

近日,佛罗里达大西洋大学(Florida Atlantic University)的研究人员展示了其全新研制的3D打印机器人手指。实际上,这是一个使用形状记忆合金(SMA)材料放生手指,它的动作几乎与一个真正人的手指一模一样。

科学家用记忆合金3D打印逼真的仿生机器人手指

据了解,该项目的研究负责人是佛罗里达大西洋大学(FAU)海洋和机械工程系的Erik Engeberg教授。该研究团队为了开发这个仿生机器人手指,使用了形状记忆合金、通过CAD设计的手指的3D模型、一台3D打印机以及一种独特的热训练技术。需要说明的是,Engeberg在FAU领导着一个仿生机器人实验室,该实验室主要致力于机器人、假肢、控制器设计以及仿生和生物体模仿学方面的研究。

“我们已经能够通过热机训练我们的机器人手指模仿人类手指的屈伸之类的动作。”Engeberg说,“由于其重量轻、灵活性和强度,我们的机器人设计与传统机械相比拥有巨大的优势,最终可能被用于制造人体假肢。”

科学家用记忆合金3D打印逼真的仿生机器人手指

为了打造出最逼真的手指模型,研究团队甚至在线购买了一个手指的CAD 3D模型,然后据此3D打印一个实体模具,包括内、外模。当模具打印好之后,研究人员再将屈致动器、伸致动器和位置传感器放置在里面。这些致动器真正控制着该仿生手指的实际活动:伸致动器受热会伸直,而屈致动器受热则会弯曲,从而能够逼真地模仿肌肉运动。

随后,研究人员将一个电子底座纳入该结构使得电流能够通过致动器,最后再用形状记忆金属板和多级铸造工艺构建手指的其余部分。Engeberg及其同事使用了一种被称为焦耳加热的电阻加热技术,使电流通过导体产生热量。当伸致动器加热时机器人手指伸直,屈致动器加热时弯曲。“因此,交替加热和冷却屈致动器和伸致动器就会引起手指的屈伸动作。”研究人员解释道。

科学家用记忆合金3D打印逼真的仿生机器人手指

“因为由于形状记忆金属的加热和冷却需要一个过程,因此我们还需要解决它们冷却和恢复自己自然形状的时间长度问题,甚是是在空气强对流的条件下。”Engeberg补充说。正因如此,开发团队希望一开始能够在水下机器人身上部署这种技术,因为在水下温度的下降比其它条件下更加迅速。为了更好地利用水下环境的优势,研究人员甚至在3D打印的指尖上放置了一个打开的热绝缘体,以利于其内部水的流动。这种设计有助于仿生手指在屈伸动作之后的冷却。Engeberg团队称当在水下进行测试时,该手指的操作速度出现了明显的提升。因此,在这一装置真正用于人工假肢之前可能还需要开发出一种限制较少的冷却装置。

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