技術の未知の領域を探る: MCFang のマイクロナノ 3D 印刷技術がソフトロボットに力を与える

出典: MF Precision

第四次産業革命の波により、現在、インテリジェント製造が世界を席巻しています。産業自動化技術の反復的な発展と相まって、バイオメディカル、航空宇宙、環境モニタリングなどの業界でのロボットアプリケーションの需要が高まり、ソフトロボットが登場しました。

ソフトロボットは、自然界の軟体動物の柔らかい構造と動きを模倣した柔軟な素材で作られた新しいタイプのロボットです。無制限の自由度と連続変形能力などの特徴があり、従来のロボットが到達または正常に動作できない特殊な環境にも強く適応します。柔らかい構成材料により、ロボットはより強力な人間とコンピューターの相互作用機能を備え、幅広い応用の可能性を秘めています。

PμSL技術とソフトロボット バイオメディカル分野では、ソフトロボットは手術用ロボットとして使用され、手術のためのより正確な制御と操作を提供します。航空宇宙分野では、ソフトロボットは宇宙カプセルなどの施設の修理とメンテナンスに使用できます。環境モニタリング分野では、ソフトロボットは地質調査や救助活動に使用できます。もちろん、内視鏡、スマートセンサー、バイオニック構造の分野でも、将来を見据えた革新的な応用シナリオが存在します。

Market Data Forecastの調査によると、世界のソフトロボティクス市場規模は2022年に4億143万米ドルで、2028年には56億5797万米ドルに達すると予想されており、2023年から2028年までの年間複合成長率は39％と推定されています。

画像出典: 市場データ予測
その中で、Markets and Marketsは、3Dプリンティングロボット市場は2023年に16億米ドルと評価され、2028年までに32億米ドルに達すると予想され、予測期間中の年平均成長率は14.6%になると報告しました。現在までに、ソフトロボットは徐々に、より洗練された産業用途へと進化してきました。

現在、BMF Precisionはソフトロボットの応用において豊富な科学研究経験を有しています。生物とソフトロボットの構造と特性の相関関係を研究し、そのような特性を持つ構造と材料を設計・製造しています。独自の表面投影マイクロステレオリソグラフィー（PμSL）技術により、複雑な3次元微細構造のラピッドプロトタイピングを完了することができます。BMF Precisionが製造したソフトロボット関連の微細部品は、内視鏡、手術用ロボット、バイオニック構造、スマートセンサーなど、多くの分野で使用されています。

画像出典: Markets and Markets
PμSLテクノロジーは科学研究のケースに役立ちます ソフトロボットの応用分野において、BMF は多くの科学研究機関と緊密な協力関係を築き、多くの画期的な科学研究成果を共同で達成してきました。

ハイブリッド駆動手術ロボット 香港城市大学生物医学工学部の沈亜静教授率いる研究チームは、ワイヤー制御と磁場のハイブリッド駆動モードにより、大きな旋回角度と高精度な操作能力を両立したミリメートル規模のソフト連続体ロボットを開発し、狭く限られた環境での操作の問題を解決した。

ミリメートルレベルの寸法でハイブリッド駆動を実現するために、研究チームはBMFの超高精度光硬化3DプリンターnanoArch® P140をベースに、超薄型中空ロボット骨格（長さ30mm、外径3.0mm、壁厚300μm）を印刷し、腱を配置するための150μmの貫通穴を薄壁に形成しました。

論文リンク: https://doi.org/10.1002/aisy.202000189

階層型インターロック構造フレキシブル圧力センサー 南方科技大学の郭伝飛教授のチームは、マイクロドームアレイと二次マイクロピラーを備えたマイクロドームアレイによって形成された階層的な連結構造を設計し、センサーに影響を与える構造硬化の問題を軽減しました。

研究チームは、BMF nanoArch® S130 を使用して、マイクロドーム構造と階層的マイクロドーム構造を型として持つ樹脂を印刷しました。 PμSL テクノロジーは、階層的な連結構造の高精度なカスタマイズされた印刷を実現し、高感度と幅広い線形センシングを備えた柔軟な圧力センサーの作成にさらに役立ちます。

論文リンク: https://doi.org/10.1021/acsnano.1c10535

フレキシブルなデュアルモードスマートセンサー 北京航空航天大学の文麗研究グループは、デュアルモーダルインテリジェントセンシングインターフェースに基づくソフトロボットの非接触型インタラクティブ教育法を提案した。本研究では、研究チームが開発したマルチモーダルフレキシブルセンシングインターフェースをベースに、ソフトロボットに触れたりウェアラブルデバイスを装着したりすることなく、素手でインタラクティブにソフトロボットを教示し、複雑な3次元動作を実現できるようにしました。

研究チームは、摩擦ナノジェネレータの原理と液体金属の圧電抵抗効果に基づいて、非接触信号と接触信号をリアルタイムで感知および分離できる柔軟なデュアルモードインテリジェントセンサーを提案しました。研究チームはMofang Precision nanoArch® S140を使用して、フレキシブル誘電体層の表面にマイクロピラミッド型の3Dプリントを実現しました。センサー自体は優れた柔軟性と伸縮性を備えています。

論文リンク: https://doi.org/10.1038/s41467-022-32702-5

ミッジ型ソフトロボット（マルチモーション歩行）
香港中文大学の張立教授の研究グループは、北京計算科学研究センターの丁楊教授の研究グループ、米国カーネギーメロン大学のカーメル・マジディ教授の研究グループと共同で、複雑な生物運動を再構築・分離する磁気ソフトロボットプラットフォームを提案し、プラットフォームが複雑な生物行動を分離できない問題を解決した。

磁気ソフトロボットは、テンプレート方式または 3D プリントプロセスによって製造できます。この研究では、MMF nanoArch® S130を使用して、節足動物型ハイドロゲル磁気ロボットを印刷しました。高精度の光硬化の助けを借りて、ユスリカの幼虫のさまざまな動きの歩様を再現する高アスペクト比のソフトロボットを準備することができ、プログラミングと組み合わせてさらにインテリジェントな駆動と制御を実現できます。

論文リンク: https://doi.org/10.1002/adma.202109126

ロボットの出現により、人間に無限の想像力の空間が開かれ、極限の環境の奥深くまで入り込み、宇宙や生命の謎を探り、人間にはできない、あるいは難しいと感じている多くのタスクを完了できるようになりました。ロボットの力を有効活用することによってのみ、社会の進歩を促進し、人類文明の飛躍的発展を達成することができます。

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