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美国陆军开发3D打印软机器人 以提高战斗中的隐身能力

导读: 最近,美国陆军研究实验室和明尼苏达大学正在开展一项联合研究项目,利用3D打印技术来开发用于战斗场合的新型柔性机器人。就像其他3D打印软机器人项目一样,研究人员从自然界获得灵感,并尝试在生物结构之后为其3D打印的柔性机器人建模。

最近,美国陆军研究实验室和明尼苏达大学正在开展一项联合研究项目,利用3D打印技术来开发用于战斗场合的新型柔性机器人。就像其他3D打印软机器人项目一样,研究人员从自然界获得灵感,并尝试在生物结构之后为其3D打印的柔性机器人建模。陆军希望借助鱿鱼等无脊椎动物的灵活性,作为提高机器人在战场上的可操作性、弹性和隐身性的一种方式。

美国陆军开发3D打印软机器人 以提高战斗中的隐身能力

据研究非线性结构动力学的陆军研究员Ed Habtour博士说:“成功的隐身机动需要高度的结构灵活性和分布控制,以便潜入狭窄的空间,长时间运行并模拟生物学形态和适应性。”

美国陆军开发3D打印软机器人 以提高战斗中的隐身能力

目前用于军事行动的机器人主要由刚性机械和电气零部件组成,限制了其灵活性。它们实现更复杂的运动类型也依赖于复杂的电路和机制。未来军事机器人研究的一个关键目标是从更基本的机制中获得相同类型的运动,降低其复杂性并改进其构建方式。这就是研究人员看待自然世界的原因。

该小组研究了蠕虫、章鱼、昆虫等无脊椎动物,研究它们如何在没有骨架或其他刚性部分的情况下实现有效运动。在深入了解这些软分布式驱动电路背后的机制之后,他们利用他们的见解将3D打印原型组装在一起。

他们采用一种通用的模型,利用3D打印技术以及与无脊椎动物具有相似机械特性的柔软可拉伸材料。该原型是第一款可以执行高弯曲运动的完全3D打印介电弹性体致动器(DEA)。然后对这个3D打印的原型进行进一步的测试以获得更多有用的数据。

美国陆军开发3D打印软机器人 以提高战斗中的隐身能力

“这项研究成果是向Solider提供一个自主的自由形式制造平台,一种可打印功能材料和设备的新一代3D打印机,可在需要时生成软执行器和潜在无绳柔性机器人,”Habtour说。

以无脊椎动物为原型的软机器人不仅在军事行动方面具有优势,而且在战术要求较高的情况下,士兵也可以轻松组装起来。软DEA的基本材料属性会给机器人提供必要的可操作性。这意味着士兵可以很容易地通过有限的技术知识在战场上进行3D打印。此外,与目前3D打印的DEA不同,后处理步骤(如干燥和组装)不是必需的,可节省大量时间。

美国陆军开发3D打印软机器人 以提高战斗中的隐身能力

正在进行的研究将进一步了解无脊椎动物灵活运动和韧性背后的原理,这可能会有更多有用的应用。Habtour说:“材料的微观力学性质和各种非线性之间的有趣互动可能提供新的科学机会来模拟生物系统中的共生相互作用。如果我们能够理解这些相互作用,那么我们就可以利用这些见解来制造动态结构和灵活的机器人,这些机器人被设计成具有自我意识、自我感知能力,并且能够实时调整其形态和特性以适应复杂的外部和内部条件。”

据悉,该项研究结果已经发表在Extreme Mechanics Letters (EML)杂志上,标题为“3D打印电动软驱动器”。

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