科研人員開(kāi)發(fā)的3D打印氣動(dòng)邏輯模塊，僅使用氣壓即可控制軟體機(jī)器人運(yùn)動(dòng)

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

△弗萊堡大學(xué)開(kāi)發(fā)的3D打印氣動(dòng)邏輯模塊

2024年2月2日，南極熊獲悉，弗萊堡大學(xué)的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)現(xiàn)已開(kāi)發(fā)出3D打印的氣動(dòng)邏輯模塊，僅使用氣壓即可控制軟機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。這些模塊可以實(shí)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(shí)現(xiàn)了完全在3D打印機(jī)中使用傳統(tǒng)長(zhǎng)絲打印材料生產(chǎn)柔性無(wú)電子軟體機(jī)器人。

△由Stefan Conrad博士、Falk Tauber博士、Joscha Teichmann博士和Thomas Speck教授領(lǐng)導(dǎo)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(jī)器人致動(dòng)器的3D打印數(shù)字氣動(dòng)邏輯”

Conrad表示：“我們的設(shè)計(jì)使任何具有3D打印經(jīng)驗(yàn)的人都可以生產(chǎn)此類(lèi)邏輯模塊，并使用它們來(lái)控制軟機(jī)器人，而無(wú)需高端打印設(shè)備。這標(biāo)志著朝著完全無(wú)電子氣動(dòng)控制電路邁出的重要一步，可以取代未來(lái)軟機(jī)器人中日益復(fù)雜的電氣元件�！�

△這些模塊首次使得完全在3D打印機(jī)中使用由傳統(tǒng)打印材料制成

模塊可以執(zhí)行布爾運(yùn)算并有針對(duì)性地將氣流引導(dǎo)到運(yùn)動(dòng)元件中

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

通過(guò)有針對(duì)性地打開(kāi)和關(guān)閉閥門(mén)，模塊可以以類(lèi)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(dǎo)到軟體機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)元件中。各個(gè)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(yùn)行。與其它氣動(dòng)系統(tǒng)相比，它們的響應(yīng)時(shí)間約為100毫秒。

△在實(shí)際的測(cè)試中步行機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中被一輛1500公斤的汽車(chē)碾過(guò)，但仍毫發(fā)無(wú)傷地繼續(xù)行駛

應(yīng)用范圍廣泛

Conrad表示："這些模塊的潛在應(yīng)用是巨大的。我們研發(fā)了一種靈活的3D打印機(jī)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(chē)駛過(guò)的負(fù)載。”

△該團(tuán)隊(duì)還開(kāi)發(fā)了一種無(wú)電子飲料分配器

該團(tuán)隊(duì)表示，作為更為復(fù)雜控制系統(tǒng)的一個(gè)典范，他們還成功研制了一款無(wú)電子飲料分配器。

未來(lái)，希望這樣的軟機(jī)器人能夠適應(yīng)復(fù)雜和惡劣的條件，包括無(wú)法到達(dá)的地形以及受到化學(xué)物質(zhì)或輻射影響的環(huán)境。這種靈活性將使軟機(jī)器人在各種應(yīng)用中大顯身手，從而推動(dòng)科技的進(jìn)步。