3D 프린팅된 미니 액추에이터는 작은 소프트 로봇을 움직이고 새로운 형태로 고정할 수 있습니다.

노스캐롤라이나 주립대학교 연구원들은 두께가 1mm 미만인 소프트 로봇의 변형과 동작을 제어하는 ​​데 사용할 수 있는 소형 소프트 유압 액츄에이터를 시연했습니다. 연구원들은 또한 이 기술이 형상 기억 재료와 함께 작동하여 사용자가 소프트 로봇을 원하는 모양으로 반복적으로 잠그고 필요에 따라 원래 모양으로 돌아갈 수 있음을 입증했습니다.

“소프트 로봇 공학은 많은 응용 분야에 대한 가능성을 갖고 있지만 소규모로 소프트 로봇의 동작을 구동하는 액추에이터를 설계하는 것은 어렵습니다.”라고 해당 연구 논문의 교신 저자이자 기계 및 항공 우주 부교수인 Jie Yin은 말합니다. NC State의 엔지니어링. “우리의 접근 방식은 상업적으로 이용 가능한 다중 재료 3D 프린팅 기술과 형상 기억 폴리머를 사용하여 아주 작은 소프트 로봇을 제어할 수 있는 마이크로 규모의 소프트 액추에이터를 만들어 탁월한 제어와 섬세함을 가능하게 합니다.”

새로운 기술은 두 개의 레이어로 구성된 소프트 로봇을 만드는 데 의존합니다. 첫 번째 층은 3D 프린팅 기술을 사용하여 생성되고 미세유체 채널 패턴을 통합하는 유연한 폴리머입니다. 기본적으로 재료를 통과하는 매우 작은 튜브입니다. 두 번째 층은 유연한 형상 기억 폴리머입니다. 전체적으로 소프트 로봇의 두께는 0.8mm에 불과합니다.

미세 유체 채널에 유체를 펌핑함으로써 사용자는 소프트 로봇이 움직이고 모양을 변경하도록 하는 유압을 생성합니다. 미세유체 채널의 패턴은 구부러지거나 비틀리는 등 소프트 로봇의 동작과 모양 변화를 제어합니다. 또한 도입되는 유체의 양과 도입 속도에 따라 소프트 로봇이 움직이는 속도와 소프트 로봇이 가하는 힘의 양이 제어됩니다.

사용자가 소프트 로봇의 모양을 ‘동결’시키려면 적당한 열(64C 또는 147F)을 가한 다음 로봇을 잠시 식힐 수 있습니다. 이는 미세유체 채널의 액체가 펌핑된 후에도 소프트 로봇이 원래 모양으로 돌아가는 것을 방지합니다. 사용자가 소프트 로봇을 원래 모양으로 되돌리려면 액체를 펌핑한 후 다시 열을 가하기만 하면 로봇이 원래 구성으로 이완됩니다.

“여기서 핵심 요소는 미세 유체 채널을 포함하는 층에 비해 형상 기억 층의 두께를 미세 조정하는 것입니다”라고 논문의 공동 저자이자 전 박사 학위를 취득한 Yinding Chi는 말했습니다. NC 주립대 학생입니다. “액추에이터의 압력이 가해지면 구부러질 수 있을 만큼 얇고, 압력이 제거된 후에도 소프트 로봇이 모양을 유지할 수 있을 만큼 두꺼워야 하는 형상 기억 층이 필요합니다.”

이 기술을 시연하기 위해 연구원들은 작은 물체를 집어들 수 있는 소프트 로봇 “그리퍼”를 만들었습니다. 연구원들은 수압을 가해 그리퍼가 물체에 밀착되도록 했습니다. 열을 가함으로써 연구원들은 유압 액츄에이터에서 압력을 해제한 후에도 그리퍼를 “닫힌” 위치에 고정할 수 있었습니다. 그런 다음 그리퍼는 고정된 물체를 새로운 위치로 이동할 수 있습니다. 그런 다음 연구원들은 다시 열을 가하여 그리퍼가 집은 물체를 풀도록 했습니다. 이러한 소프트 로봇의 작동 영상은 다음에서 확인할 수 있습니다.

“이 소프트 로봇은 매우 얇기 때문에 작은 적외선 광원을 사용하여 빠르고 쉽게 최대 64C까지 가열할 수 있으며 매우 빠르게 냉각됩니다.”라고 논문의 공동 저자이자 박사 학위인 Haitao Qing은 말합니다. 디. NC 주립대 학생입니다. “그래서 이 일련의 작업 전체에는 약 2분밖에 걸리지 않습니다.

Qing은 “무브먼트가 꼭 집는 그리퍼일 필요는 없습니다.”라고 말했습니다. “우리는 또한 자연의 덩굴에서 영감을 얻은 그리퍼를 시연했습니다. 이 그리퍼는 물체를 빠르게 감싸고 단단히 고정하여 안전하게 잡을 수 있습니다.

“이 논문은 이 새로운 기술에 대한 개념 증명 역할을 하며, 우리는 소규모 소프트 로봇, 형태 변형 기계 및 생체 의학 공학에서 이 종류의 소형 소프트 액추에이터에 대한 잠재적인 응용에 대해 기대하고 있습니다.”

이 작업은 보조금 2126072 및 2329674에 따라 국립과학재단(National Science Foundation)의 지원을 받아 수행되었습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/06/240611171459.htm