科研人員開發(fā)的3D打印氣動邏輯模塊，僅使用氣壓即可控制軟體機器人運動

南極熊導讀：在未來，軟體機器人將能夠執(zhí)行傳統(tǒng)機器人無法完成的任務，特別是在難以進入的地形或暴露于化學物質(zhì)或輻射環(huán)境中。這些環(huán)境可能對由金屬制成的電子控制機器人造成損害。因此，軟體機器人的設計需要克服這一難題，確保其在無需任何電子設備的情況下仍能有效控制。這一挑戰(zhàn)仍在開發(fā)階段，需要繼續(xù)研究和創(chuàng)新。

△弗萊堡大學開發(fā)的3D打印氣動邏輯模塊

2024年2月2日，南極熊獲悉，弗萊堡大學的一個研究團隊現(xiàn)已開發(fā)出3D打印的氣動邏輯模塊，僅使用氣壓即可控制軟機器人的運動。這些模塊可以實現(xiàn)氣流的邏輯切換，從而可以模擬電氣控制。

這些模塊，首次實現(xiàn)了完全在3D打印機中使用傳統(tǒng)長絲打印材料生產(chǎn)柔性無電子軟體機器人。

△由Stefan Conrad博士、Falk Tauber博士、Joscha Teichmann博士和Thomas Speck教授領導的研究小組在《Science Robotics》上發(fā)表了研究成果，題目為“用于控制軟機器人致動器的3D打印數(shù)字氣動邏輯”

Conrad表示：“我們的設計使任何具有3D打印經(jīng)驗的人都可以生產(chǎn)此類邏輯模塊，并使用它們來控制軟機器人，而無需高端打印設備。這標志著朝著完全無電子氣動控制電路邁出的重要一步，可以取代未來軟機器人中日益復雜的電氣元件。”

△這些模塊首次使得完全在3D打印機中使用由傳統(tǒng)打印材料制成

模塊可以執(zhí)行布爾運算并有針對性地將氣流引導到運動元件中

該模塊由兩個加壓室組成。這些室之間有一條3D打印通道。通過壓縮通道，膨脹室可以阻止其中的氣流并像閥門一樣對其進行調(diào)節(jié)。

通過有針對性地打開和關閉閥門，模塊可以以類似于電路的方式執(zhí)行布爾邏輯功能AND、OR和NOT，并將氣流引導到軟體機器人的運動元件中。各個模塊執(zhí)行哪種功能取決于施加氣壓的腔室。

根據(jù)所選材料的不同，模塊可以在80至750千帕以上的壓力下運行。與其它氣動系統(tǒng)相比，它們的響應時間約為100毫秒。

△在實際的測試中步行機在運行過程中被一輛1500公斤的汽車碾過，但仍毫發(fā)無傷地繼續(xù)行駛

應用范圍廣泛

Conrad表示："這些模塊的潛在應用是巨大的。我們研發(fā)了一種靈活的3D打印機器人步行器，其集成電路利用氣壓控制。邏輯模塊的靈活性體現(xiàn)在該步行器甚至能夠承受汽車駛過的負載�！�

△該團隊還開發(fā)了一種無電子飲料分配器

該團隊表示，作為更為復雜控制系統(tǒng)的一個典范，他們還成功研制了一款無電子飲料分配器。

未來，希望這樣的軟機器人能夠適應復雜和惡劣的條件，包括無法到達的地形以及受到化學物質(zhì)或輻射影響的環(huán)境。這種靈活性將使軟機器人在各種應用中大顯身手，從而推動科技的進步。