NTU開發(fā)可將強度提高350倍，適用于醫(yī)療和軟體機器人的3D打印“活性”織物

導(dǎo)讀：3D打印正在日益改變醫(yī)療行業(yè)。無論是開發(fā)外骨骼、抗癌設(shè)備還是定制藥物，增材制造都一次又一次地證明了它的價值。

△NTU研究人員使用RoboFabric開發(fā)醫(yī)療器械，可以幫助人類攜帶更重的物品

2024年7月29日，南極熊獲悉，南洋理工大學(xué)（NTU）的研究人員利用3D打印技術(shù)開發(fā)了一種種創(chuàng)新的“活性”織物。這種名為RoboFabric的適應(yīng)性強、柔韌的織物可以隨意變硬，特別適用于醫(yī)療設(shè)備和柔性機器人。

新技術(shù)RoboFabric是通過幾何設(shè)計、3D打印和機器人控制相結(jié)合開發(fā)出來的，可以快速制成醫(yī)療設(shè)備或軟機器人，例如無人機的肢體。

△這項研究成果發(fā)表在《先進(jìn)材料》雜志上，題目為“用于機器人輔助接口的可控剛度活性織物”（傳送門）

一種可減少肌肉疲勞的3D打印織物

研究團隊利用這種多功能材料開發(fā)出一種肘部支撐物，幫助人們攜帶更重的物品。研究團隊還制作了一種腕部支撐物原型，它可以幫助穩(wěn)定關(guān)節(jié)以進(jìn)行日�；顒樱�并幫助患有顫抖的帕金森病患者。

研究人員表示，這種創(chuàng)新型織物的靈感來自穿山甲和章魚的自然結(jié)構(gòu)，采用數(shù)學(xué)算法設(shè)計，能夠制作互鎖瓷磚。這些瓷磚通過3D打印制造，使用金屬纖維連接。當(dāng)纖維收縮時，瓷磚互鎖，使得RoboFabric的剛度提高了350多倍。

△研究人員演示如果使用RoboFabric創(chuàng)建肘部支撐物

這項研究的結(jié)果顯示使用該裝置能夠減少人體肌肉用力40%。南洋理工大學(xué)助理教授、首席科學(xué)家Wang Yifan介紹說，他們的靈感來自于動物，動物利用復(fù)雜的結(jié)構(gòu)賦予肢體多種功能，就像章魚可以改變形狀和硬度一樣。

具體的制作工作包括從手腕或肘部進(jìn)行3D掃描。該程序使用先進(jìn)的算法創(chuàng)建用于3D打印的幾何圖案。接著，在打印過程中插入金屬纖維到打印段之間的開口，并通過控制電纜張力調(diào)整剛度的電氣設(shè)備連接。

研究人員設(shè)想，在不久的將來，患者將能夠使用定制的柔性肢體支架代替?zhèn)鹘y(tǒng)的剛性石膏。這些裝置只需按一下按鈕即可輕松安裝或拆除，為老年人在日常生活中舉起重物減少肌肉力量提供了更大的支持。

新加坡Tan Tock Seng醫(yī)院副教授Loh Yong Joo強調(diào)了該技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用前景。他解釋說，它可以為關(guān)節(jié)損傷提供關(guān)鍵支撐，并為運動障礙患者提供幫助，例如患有帕金森病或上肢無力的人。

△在另一篇論文中，該團隊對機器人技術(shù)進(jìn)行了研究，題目為“受尺度啟發(fā)的可編程機器人結(jié)構(gòu)，具有同時變形和剛度變化的功能”（傳送門）

適用于機器人和無人機

RoboFabric還可應(yīng)用于機器人技術(shù)。Wang教授團隊的最新研究論文發(fā)表在《科學(xué)機器人》雜志上。論文展示了一個由薄波浪形瓷磚制成的微型機器人，該瓷磚密封在彈性外殼中。

當(dāng)施加真空時，RoboFabric會轉(zhuǎn)變?yōu)槠渲付ㄐ螤畈⒆冇�；相反，�?dāng)真空壓力消除時，它會松弛成柔軟狀態(tài)。這種變硬和變軟的驅(qū)動使小型機器人能夠像蟲子一樣爬行或在水中游泳，攜帶小負(fù)載或通過在易碎物品周圍形成堅固的外殼來保護(hù)它們。這些能力對于需要在復(fù)雜地形中移動并按需提供保護(hù)的勘探和救援機器人來說非常重要。

△SAILS實現(xiàn)的兩個基于樣條的可展曲面

在另一個演示中，四臺這樣的機器人組合在一起，形成一個無人機上的機器人夾持器。當(dāng)變硬時，柔軟的夾持器會卷起，可以拾取小物品，類似于抓娃娃機。要放下物品，它會放松。夾持器卷起時可兼作減震墊，以防硬著陸。雖然夾持器柔軟，但可以折疊到無人機機身中，不會影響其飛行功能。

該團隊正在探索與對該技術(shù)感興趣的行業(yè)合作伙伴的合作，并希望與他們合作在醫(yī)療保健和機器人領(lǐng)域進(jìn)行部署試驗。這項新加坡制造的技術(shù)為醫(yī)療支持提供了新的解決方案，并增強了無人機或勘探機器人的功能。