カリフォルニア大学は3Dプリントを使用して「昆虫のような」ソフトロボットを作成

カリフォルニア大学は3Dプリントを使用して「昆虫のような」ソフトロボットを作成
出典: Crazy Manufacturing Control

カリフォルニア大学サンディエゴ校の研究者らは、3Dプリント技術を用いて、柔らかくて柔軟に歩行する「昆虫のような」ロボットを開発した。ロボットを製造するための予算に優しい付加製造技術は、3Dプリントソフトロボットへの参入コストを下げ、人間にとって安全ではない場所での技術の新たな用途を切り開く可能性があります。

研究者らによると、昆虫ロボットを作成する上での主な課題の1つは、外骨格の複雑な構造力学を再現することだ。シェルは、感知、把握、取り付けのための機能的な表面特性を備えながら、構造的サポート、関節の柔軟性、身体の保護などの複数の機能を提供する必要があります。


サンディエゴのチームは、昆虫の四肢の可動性は剛性、柔軟性、勾配剛性の要素の配置によって決まり、昆虫の外骨格は剛性と柔軟性の機械部品のハイブリッド構造であることを観察しました。したがって、将来の反復では、ベースとなる昆虫モデルをより適切に反映するハイブリッド構築アプローチが必要になります。

最近、ロボット工学者は、ロボットの設計に身体と手足の適応性を組み込むために、マルチマテリアル 3D プリント、レーザー切断、ラミネーション、ダイカストを使用し始めています。これら製造技術には欠点もあり、材料の選択肢が限られ、高価で時間のかかる製造ツールを入手しなければならないことがよくあります。


よりコスト効率の高い方法で柔軟で弾性のある外骨格を 3D プリントできるようにするために、研究チームは弾性骨プリントと呼ばれる新しいハイブリッド手法を考案しました。熱溶解積層法 (FDM) 3D プリンターとアクリロニトリルブタジエンスチレン (ABS) などの標準フィラメント材料を使用すると、この方法はより安価で使いやすくなります。さらに、この新技術は、加熱した熱可塑性フィルム上に硬質フィラメントを直接 3D プリントしてソフトロボットを製造する点で、従来の方法とは異なります。このアプローチにより、堆積された材料に対して柔軟でありながら強力なベース層が提供され、ロボット本体内のジョイントと支柱の剛性と特性を正確に制御できるようになります。

標準的な FDM 印刷では、ABS やポリ乳酸 (PLA) などのプラスチック フィラメントが加熱されたノズルの開口部から押し出され、平らな印刷面上に堆積されます。一方、フレキソスケルトン プロセスでは、改造された Prusa i3 MK3S または LulzBot Taz 6 FDM 3D プリンターを使用して、加熱された熱可塑性ベース層にフィラメントを直接堆積します。これにより、堆積された材料と非伸縮性の柔軟な基板との間の結合強度が高くなり、疲労耐性が向上します。フレキソスケルトン印刷の結合プロセスでは、押し出しプロセス中にフィラメントがベース層に直接結合されるため、追加の接着剤や硬化剤も必要ありません。


製造された部品の強度と疲労耐性をテストするために、チームは均一な長方形の形状の柔軟な梁を製造しました。各ビームは一定の応力状態まで曲げられ、その位置に 10 秒間保持され、ロボットの脚が曲げられて固定され、荷重を支える状況をシミュレートしました。次に研究チームは、試験前に中立位置から測定した無荷重の梁のたわみ角度の画像を撮影して、梁のクリープ角度を測定した。研究者らは、ポリカーボネート (PC) 層を追加することで、300 回の負荷サイクルにわたって 3D プリント ビームのクリープ変形を 70% 削減できることを発見しました。


バイオニクス、生物学、昆虫、動物

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