연구원들이 전자제품을 만든다

UC 샌디에이고

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3D 프린터가 블록에서 바로 작업할 수 있는 로봇을 생산할 수 있다고 상상해 보십시오. 이 개념은 캘리포니아 대학교 샌디에고 캠퍼스와 BASF 기업의 연구팀에 의해 가능해졌습니다. 그들의 노력으로 인해 즉시 인쇄할 수 있고 작동하는 데 전자 장치가 필요하지 않은 로봇 그리퍼가 탄생했습니다.

팀에 따르면 소프트 그리퍼는 3D 프린터에서 나온 직후에 사용할 수 있으며 중력 및 터치 센서가 내장되어 있어 물체를 집고, 잡고, 놓을 수 있습니다. “이러한 그리퍼가 그립과 릴리즈를 동시에 수행할 수 있는 것은 이번이 처음입니다. 그리퍼를 수평으로 돌리기만 하면 됩니다. 이는 밸브의 공기 흐름에 변화를 촉발하여 그리퍼의 두 손가락이 풀리게 만든다"고 대학 측은 밝혔다.

그들의 연구에 관한 세부 사항은 Science Robotics 저널에 게재되었습니다.

대부분의 3D 프린팅 소프트 로봇은 뻣뻣합니다. 프린터에서 나올 때 누출이 많이 발생합니다. 인쇄 후 사용하려면 많은 가공과 조립이 필요합니다. 연구원들은 인쇄된 각 레이어의 전체 패턴을 통해 연속적인 경로를 추적하는 프린터 노즐을 포함하는 새로운 3D 인쇄 방법을 고안하여 이러한 문제를 해결할 수 있었습니다. 논문의 수석 저자이자 UC 샌디에고 제이콥스 공과대학 부교수인 마이클 T. 톨리(Michael T. Tolley)는 성명서에서 “이는 페이지에서 연필을 떼지 않고 그림을 그리는 것과 같습니다.”라고 말했습니다.

이 절차는 부드러운 재료로 인쇄할 때 흔히 발생하는 인쇄물의 누출 및 결함 가능성을 줄입니다. 새로운 접근 방식을 사용하면 0.5mm만큼 얇은 벽도 인쇄할 수 있습니다. 더 얇은 벽과 복잡하고 구부러진 기하학적 구조는 더 많은 변형을 허용하여 전체 구조를 더 부드럽게 만듭니다. "연구원들은 그래프 이론에서 그래프의 모든 가장자리에 한 번만 닿는 그래프의 흔적인 오일러 경로(Eulerian path)에 기반한 방법을 사용했습니다."

새로운 방법에 따라 팀은 제어 회로가 내장된 기능성 공압 소프트 로봇을 일관되게 프린팅할 수 있었습니다.

소프트 로봇 공학은 로봇이 인간 및 깨지기 쉬운 사물과 안전한 방식으로 상호 작용할 수 있는 가능성을 가지고 있습니다. 팀에 따르면 이 그리퍼는 산업 제조, 식품 가공, 과일 및 야채 취급을 위해 로봇 팔에 장착될 수 있습니다. 또한 로봇에 부착하여 연구 및 탐사에 사용할 수도 있습니다. 또한 고압 가스 한 병을 전원 공급 장치로 사용하여 자유롭게 작동할 수도 있습니다.

팀에 따르면 그리퍼의 전체 제조 공정에는 후처리, 조립 후 또는 제조 결함 수정이 필요하지 않아 이 기술의 재현성과 접근성이 매우 높습니다. "우리가 제안한 접근 방식은 분산된 제조 시설에서 생성되는 복잡한 맞춤형 로봇 시스템과 구성 요소를 향한 한 단계를 나타냅니다."

연구 초록

대부분의 소프트 로봇은 일반적으로 많은 수동 작업이 필요하고 복잡성이 제한되는 성형 및 조립 공정을 통해 공압으로 작동되고 제작됩니다. 또한 간단한 기능을 구현하려면 복잡한 제어 구성요소(예: 전자 펌프 및 마이크로컨트롤러)를 추가해야 합니다. 데스크탑 융합 필라멘트 제조(FFF) 3차원 인쇄는 수동 작업을 줄이고 더 복잡한 구조를 생성할 수 있는 접근 가능한 대안을 제공합니다. 그러나 재료 및 프로세스 제한으로 인해 FFF로 인쇄된 소프트 로봇은 유효 강성이 높고 누출이 많아 적용이 제한되는 경우가 많습니다. 우리는 FFF를 사용하여 유체 제어 구성 요소가 내장된 액추에이터를 동시에 인쇄하는 부드럽고 밀폐된 공압 로봇 장치의 설계 및 제작에 대한 접근 방식을 제시합니다. 우리는 이전에 FFF를 사용하여 제작한 것보다 훨씬 더 부드럽고 구부려 완전한 원을 형성할 수 있는 액추에이터를 인쇄함으로써 이 접근 방식을 시연했습니다. 마찬가지로 우리는 낮은 제어 압력으로 고압 공기 흐름을 제어하는 ​​공압 밸브를 인쇄했습니다. 액추에이터와 밸브를 결합하여 모놀리식으로 인쇄된 전자 장치가 없는 자율 그리퍼를 시연했습니다. 일정한 공기압 공급을 연결하면 그리퍼가 자동으로 물체를 감지해 파지하고, 그리퍼에 수직으로 작용하는 물체의 무게로 인해 힘이 감지되면 물체를 풀어준다. 그리퍼의 전체 제조 공정에는 후처리, 후조립 또는 제조 결함 수리가 필요하지 않으므로 이 접근 방식의 반복성과 접근성이 높습니다. 우리가 제안한 접근 방식은 분산된 제조 시설에서 생성되는 복잡한 맞춤형 로봇 시스템 및 구성 요소를 향한 한 단계를 나타냅니다.