由震动驱动的3D打印微型机器人面世~

发布时间:2019-07-30

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来自佐治亚理工学院的研究人员已经开发出长度约为2毫米的微型3D打印机器人,它使用微刚毛技术和振动来移动。这使用双光子聚合光刻技术(TPP)生产的小型机器人,可能具有多种应用,包括探测环境变化和修复人体内的损伤。

这些被称为“微型刚毛机器人”的小型机器人,据说与世界上最小的蚂蚁大小相当,被设计用来利用压电驱动器、超声波源或小型扬声器的振动来移动。在机器人研发的这个阶段,佐治亚理工学院的团队已经成功地设计了3D打印机器人,使其对不同的频率做出不同的反应。换句话说,研究人员可以通过调节振动来控制机器人。

尽管它们的尺寸很小,但机器人可以覆盖大量的地面,一秒钟就能移动到它们自身长度的四倍(约8毫米)。这种运动通过压电致动器实现,该压电致动器粘合到微小的3D打印聚合物主体上,该主体产生振动。执行器必须外部供电,因为目前没有足够小的电池可以安装到机器人上。机器人还可以使用压电振动筛、超声波源或放置在机器人表面下面的声学扬声器来移动。

无论振动源是什么,振动都会使机器人的弹性腿上下移动,推动微型刚毛机器人向前移动。有趣的是,机器人可以通过调整腿的尺寸、直径、设计和几何学来以某种方式运动,而速度可以通过改变振动的振幅来调整。

佐治亚理工学院电气和计算机工程学院助理教授Azadeh Ansari解释说:“当微型刚毛机器人上下移动时,通过优化腿部的设计将垂直运动转化为定向运动,腿看起来像刚毛。微型机器人的腿是用特定的角度设计的,它们可以弯曲和向一个方向移动,从而对振动做出共振反应。”

如前所述,机器人的本体和刚毛是采用双光子聚合光刻(TPP)的方法制造的,该工艺由用紫外光聚合单体树脂材料组成。该工艺能够生产非常小的部件,因此适合于机器人。

目前,研究小组正在研究如何对3D打印过程进行缩放,以便一次打印出数十万台微型机器人。Azadeh Ansari说:“我们正在努力使这项技术强大起来,我们考虑到了许多潜在的应用。”“我们正在进行力学、电子学、生物学和物理学的交汇工作。这是一个非常丰富的领域,多学科概念有很大的发展空间。”

在应用方面,研究人员相信,这些单独可编程的微型机器人可以用来检测环境变化,甚至可能修复人体内的损伤。此外,由于压电致动器是由锆钛酸铅(PZT)制成的,它们不仅在施加电压时会振动,而且还能产生电压——当外部振动驱动时,可用于为板载传感器供电的功能。

除了探索AM过程的可伸缩性外,研究小组还通过将两个稍微不同的微型刚毛机器人连接在一起,为微型机器人开发转向能力。“一旦你有了一个完全可操控的微型机器人,你就可以想象做很多有趣的事情。”Azadeh Ansari说。

创新研究项目的论文刊登在《微力学与微工程》杂志上,由佐治亚理工学院的电子和纳米技术研究所提供资金支持。


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