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3D打印机械手90秒即可通过马里奥第一关!而有的人连Switch都没摸过

前瞻网    2021-07-21 10:37

 

来自马里兰大学的一组研究人员 3D 打印了一只柔软的机械手,它足够灵活,可以玩任天堂的超级马里奥兄弟——并获胜!

这一壮举在最新一期《科学进展》的封面上突出显示,展示了软机器人领域的一项有前途的创新,该领域的重点是创造新型的柔性充气机器人,这些机器人使用水或空气而不是电力提供动力。软机器人固有的安全性和适应性引起了人们对其在假肢和生物医学设备等应用中使用的兴趣。不幸的是,控制使这些软机器人弯曲和移动的流体特别困难——直到现在。

3D打印机械手90秒即可通过马里奥第一关!而有的人连Switch都没摸过

PolyJet 3D 打印统一软机器人系统的设计和增材制造策略,包括在单次打印中完全集成的流体电路。图为3D打印软体龟龟机器人。图源Science

由马里兰大学机械工程助理教授 Ryan D. Sochol 领导的团队的关键突破是能够一步 3D 打印具有集成流体电路的完全组装的软机器人。

“以前,软机械手的每个手指通常都需要自己的控制线,这会限制便携性和实用性,”共同第一作者 Joshua Hubbard 解释说,他在 Sochol 的 Bioinspired Advanced Manufacturing 本科研究员期间进行了这项研究。 (BAM) UMD 实验室。“但是通过使用我们的集成流体晶体管 3D 打印柔软的机械手,它可以根据一个压力输入来玩任天堂游戏。”

作为演示,该团队设计了一个集成的流体回路,允许手根据单个控制压力的强度进行操作。例如,施加低压力导致只有食指按压任天堂控制器使马里奥行走,而高压力导致马里奥跳跃。在设定程序的引导下,自动在关闭、低、中和高压之间切换,机械手能够按下控制器上的按钮,在不到 90 秒的时间内成功完成超级马里奥兄弟的第一关。

“最近,有几个小组试图利用流体回路来增强软机器人的自主性,”最近的博士说。该研究的研究生和共同第一作者 Ruben Acevedo 说,“但是构建这些流体回路并将其与机器人集成的方法可能需要数天到数周的时间,需要高度的体力劳动和技术技能。”

为了克服这些障碍,该团队转向了“PolyJet 3D 打印”,这类似于使用彩色打印机,但在 3D 中将多层多材料“墨水”堆叠在一起。

“在一天之内,只需少量劳动,研究人员现在就可以从 3D 打印机上按下启动按钮到拥有完整的软机器人——包括所有软执行器、流体电路元件和身体特征——随时可用, ”研究合著者克里斯汀爱德华兹说。

通过实时击败超级马里奥兄弟的第一级来验证他们的策略的选择是出于科学和乐趣的动机。由于视频游戏的时间安排和关卡构成已经确定,一个错误就可能导致游戏立即结束,因此玩马里奥提供了一种评估软体机器人性能的新方法,这种方法具有独特的挑战性,而这种方法通常不会在现场解决.

除了玩任天堂的机械手,Sochol 的团队还在他们的论文中报道了受龟龟启发的软体机器人。水龟恰好是 UMD 的官方吉祥物,该团队的所有软体机器人都是在 UMD 的 Terrapin Works 3D 打印中心打印的。

该团队策略的另一个重要好处是它是开源的,任何人都可以阅读论文的开放访问权限,并且补充材料中的链接指向 GitHub,其中包含他们工作中的所有电子设计文件。

“我们免费共享我们所有的设计文件,以便任何人都可以轻松下载、按需修改和 3D 打印——无论是使用他们自己的打印机还是通过像我们这样的打印服务——所有软机器人和流体电路元件来自我们的工作,”索科尔说。“我们希望这种开源 3D 打印策略将扩大具有集成流体回路的软机器人的可访问性、传播性、可重复性和采用范围,进而加速该领域的进步。”

目前,该团队正在探索将他们的技术用于生物医学应用,包括康复设备、手术工具和可定制的假肢。由于 Sochol 是 Fischell 生物工程系的附属教师,也是马里兰机器人中心和 Robert E. Fischell 生物医学设备研究所的成员,因此该团队拥有一个特殊的环境,可以继续推进他们的战略,以应对紧迫的挑战。生物医学领域。

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