人類天生就可以通過關(guān)節(jié)的骨骼內(nèi)結(jié)構(gòu)進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)。韌帶和肌腱彈性地連接到相當(dāng)剛性的骨骼結(jié)構(gòu)，使這些運(yùn)動(dòng)成為可能。
加利福尼亞大學(xué)圣克魯斯分校和日本立命館大學(xué)的研究人員最近設(shè)計(jì)并制造了受人體骨骼結(jié)構(gòu)啟發(fā)的機(jī)器人手指。在今年的無處不在的機(jī)器人和環(huán)境智能國際會(huì)議（URAI）上展示的這種仿生機(jī)械手手指是使用多材料3-D打印機(jī)組裝而成的。
進(jìn)行這項(xiàng)研究的研究人員之一Maryam Tebyani對(duì)TechXplore表示：“開發(fā)像人類手一樣具有硬，軟組成的機(jī)械手是我要探索多年的研究課題。”“將彈性和非彈性材料結(jié)合起來將解決機(jī)器人技術(shù)中的一個(gè)普遍缺口，在這種情況下，柔性系統(tǒng)可能很難處理重物，而剛性平臺(tái)可能需要復(fù)雜的制造或控制才能獲得與人手相當(dāng)?shù)撵`活性。”
Tebyani和她的同事們最近的工作的主要目的是創(chuàng)造受自然系統(tǒng)啟發(fā)的機(jī)器人手。但是，研究人員希望將他們的大部分精力集中在設(shè)計(jì)人造手上，而不是在制造和組裝上。因此，他們決定采用最先進(jìn)的3D打印方法，該方法可以簡化并加速整個(gè)原型生產(chǎn)過程。
Tebyani解釋說：“在設(shè)計(jì)過程中利用多種材料的3D打印使我們可以自由設(shè)計(jì)3D肌腱和韌帶結(jié)構(gòu)，同時(shí)還允許我們?cè)趩螐埓蛴≈袆?chuàng)建電纜驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人。”“粘彈性印刷材料嵌入了我們一直在尋找的機(jī)械靈活性，因?yàn)檫@些材料允許產(chǎn)生真正有趣的被動(dòng)行為。從本質(zhì)上講，該過程使機(jī)械設(shè)計(jì)能夠?qū)⒛承┕δ芫幊痰綑C(jī)器人中。”
研究人員設(shè)計(jì)的機(jī)器人手指具有類似于人類的骨骼幾何形狀，韌帶結(jié)構(gòu)，人造肌肉和粘彈性腱。使用多材料3-D打印機(jī)將所有這些組件合成為單個(gè)零件。Tebyani和她的同事還使用稱為MuJoCo的流行物理仿真引擎開發(fā)了手指模型。這樣一來，他們就可以將機(jī)器人手指在模擬中所獲得的結(jié)果與現(xiàn)實(shí)環(huán)境中手指的印刷原型所獲得的結(jié)果進(jìn)行比較。
研究人員在實(shí)驗(yàn)中獲得的結(jié)果極有希望，突出了將3D打印和模擬技術(shù)相結(jié)合以創(chuàng)建復(fù)雜的機(jī)器人系統(tǒng)并獲得對(duì)這些系統(tǒng)的更好控制的巨大潛力。他們最終使用的方法使他們能夠?qū)④洐C(jī)器人技術(shù)中普遍使用的粘彈性材料與更傳統(tǒng)的機(jī)器人技術(shù)相結(jié)合，從而使人類骨骼內(nèi)結(jié)構(gòu)的復(fù)制更加緊密。
