借助4D打印的軟機(jī)器人將機(jī)器人制造推向新的高度

近日，Ali Zolfagharian，Akif Kaynak和Abbas Kouzani在“ 閉環(huán)4D打印的軟機(jī)器人 ”中概述了探索了軟機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展發(fā)現(xiàn)，在強(qiáng)調(diào)該領(lǐng)域的發(fā)展速度時(shí)，明確指出涉及到許多不同級(jí)別的研究和開發(fā)，從材料和建模到性能控制等等，3D打印可實(shí)現(xiàn)出色的自定義功能，但通過4D打印將流程擴(kuò)展到新的高度，研究人員可以為機(jī)器人技術(shù)添加更多功能。

閉環(huán)4D打印的軟機(jī)器人圖。

閉環(huán)4D打印使研究人員可以增強(qiáng)帶有傳感器，執(zhí)行器和控件的軟機(jī)器人，從而總體上獲得更好的性能。作者使用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的機(jī)器學(xué)習(xí)模型將這些細(xì)節(jié)集成到這里的電子創(chuàng)新中，該模型旨在處理新的任務(wù)層次，其中包括：

• 抓
• 排序
• 攀爬或爬行
• 檢查
• 搜索和救援
• 藥物輸送系統(tǒng)
  

研究人員說：“類似折紙的軟機(jī)器人可以提供特定任務(wù)所需的可變剛度，從而具有更高的效率和靈活性，這是傳統(tǒng)機(jī)器人無法處理的�！� “閉環(huán)4D打印的軟機(jī)器人也可以用于自主手術(shù)，腹腔鏡檢查和內(nèi)窺鏡檢查。”

機(jī)器學(xué)習(xí)在4D打印的軟機(jī)器人中扮演著顯而易見的角色，從而減輕了“多樣化操縱任務(wù)”所涉及的一些挑戰(zhàn)。機(jī)器學(xué)習(xí)可用于在制造過程中開發(fā)此類機(jī)器人技術(shù)，算法可用于加速諸如黏度和零件方向之類的性能優(yōu)化。研究人員表示：“通過物理模型的集成，機(jī)器學(xué)習(xí)在統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)框架中使用稀疏數(shù)據(jù)集來預(yù)測(cè)材料和3D打印處理參數(shù)，從而提高3D打印速度和保真度�！�

使用3D打印時(shí)，可以引入以下功能：

• 定向各向異性
• 可變剛度
• 空間異質(zhì)機(jī)械強(qiáng)度
  

機(jī)器學(xué)習(xí)的使用對(duì)于這一領(lǐng)域的機(jī)器人技術(shù)是有利的，它提供了更大的尺寸以及更多功能，并且具有各種可用的控制機(jī)制：開環(huán)控制器，閉環(huán)（具有嵌入式軟傳感器）等�！庇糜跇�(gòu)造軟機(jī)器人的機(jī)制和材料是相似的；因此，可以通過一種處理非線性和敏捷性高的學(xué)習(xí)策略來啟發(fā)控制�！毖芯咳藛T解釋說。

3D打印傳感器及其在4D打印軟機(jī)器人中的應(yīng)用。（a）3D打印的集成應(yīng)變傳感器；（b）3D打印的sEMG電極；（c）在水母軟機(jī)器人中進(jìn)行3D打印的壓電傳感器；（d）3D打印的電子舌頭傳感器；（e）3D打印的壓力傳感器；（f）3D打印的流體流速傳感器。（g）用于氣體檢測(cè)的3D打印狗鼻；（h）3D打印的柔性觸覺傳感器；（i）3D打印的熱致變色和溶劑致變色傳感器。

現(xiàn)在，僅3D打印傳感器就已經(jīng)足夠先進(jìn)，可以在空間水平上進(jìn)行打印，而借助4D打印機(jī)器人，可以對(duì)這些功能進(jìn)行“分類和引入”。兩棲軟機(jī)器人也有潛力執(zhí)行各種任務(wù)。

研究人員總結(jié)到：“盡管存在問題，但通過將3D打印的軟傳感器和執(zhí)行器與機(jī)器學(xué)習(xí)算法和FEM集成，可以實(shí)現(xiàn)4D打印的軟機(jī)器人。” 集成3D打印的執(zhí)行器和傳感器是可行的，但受所用材料的性質(zhì)限制。因此，增強(qiáng)閉環(huán)4D打印的軟機(jī)器人的未來依賴于合適材料，機(jī)器學(xué)習(xí)方法和控制算法的集成。”

從新的設(shè)計(jì)和框架到持續(xù)的定制和不同的材料，軟機(jī)器人技術(shù)一直是研究的熱點(diǎn)。您如何看待這個(gè)新聞？讓我們知道您的想法; 在3DPrintBoard.com上加入有關(guān)此主題和其他3D打印主題的討論。

集成的3D打印的軟傳感器和執(zhí)行器：（a）氣動(dòng)軟執(zhí)行器中的3D打印的嵌入式傳感器；（b）具有印刷嵌入式傳感器的3D打印軟爪；（c）3D打印的假肢上的3D打印的觸覺傳感器；（d）4D打印的多穩(wěn)態(tài)熱執(zhí)行器；（e）雙穩(wěn)態(tài)3D打印的軟執(zhí)行器；（f）具有集成焦耳加熱電路的3D打印可變剛度軟執(zhí)行器。

編譯：3dprint.com