3D 니트 로봇

Apr 27, 2023

소프트 로봇공학은 고유의 안전 기능(공기 챔버의 팽창 및 수축으로 구동되는 부드러운 소재는 취약한 환경이나 사람과 가까운 곳에서 안전하게 사용할 수 있음)과 로봇을 적합하게 맞출 수 있는 유연성을 포함하여 강성 로봇에 비해 몇 가지 주요 장점을 가지고 있습니다. 좁은 공간으로. 직물은 다양한 유형의 소프트 로봇, 특히 웨어러블 로봇을 제작하는 데 선택되는 재료가 되었지만 전통적인 "재단 및 봉제" 제조 방법에는 부족한 부분이 많이 남아 있습니다.

이제 Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences(SEAS)의 연구원들은 전체 소프트 로봇을 전체적으로 "프린팅"할 수 있는 3D 편직 방법을 사용하여 소프트 로봇 공학을 적층 제조하기 위한 새로운 접근 방식을 확립했습니다. 그들의 연구는 Advanced Functional Materials에 보고되었습니다.

"소프트 로봇 공학 커뮤니티는 여전히 고전적인 견고한 로봇 모양과 기능을 뛰어넘을 수 있는 대체 재료 접근 방식을 찾는 단계에 있습니다."라고 해당 논문의 수석 교신 저자이자 Harry Lewis와 Marlyn McGrath인 Robert Wood는 말합니다. SEAS의 공학 및 응용과학 교수.

"섬유는 구성 섬유를 선택하고 섬유가 서로 상호 작용하는 방식을 통해 구조적 특성을 근본적으로 조정할 수 있기 때문에 매력적입니다."라고 Wood는 말합니다.

"'자르기 및 바느질' 방법을 사용하면 큰 직물 시트를 제조한 다음 바느질이나 접착으로 조립되는 패턴으로 잘라야 합니다. 이는 일반적으로 높은 수준의 인력 노동을 필요로 합니다."라고 제1저자인 Vanessa Sanchez는 말합니다. 논문과 전 박사 학위. 우드 연구실의 학생. "모든 솔기는 비용과 잠재적인 실패 지점을 추가합니다. 복잡한 로봇 장치를 제조하는 경우 이는 큰 도전이 될 수 있습니다."

Sanchez는 재료 낭비가 거의 없이 이음매 없는 의류 제품을 생산할 수 있는 3D 뜨개질 개념에 흥미를 느꼈습니다. 그녀는 이 방법을 섬유 기반의 소프트 로봇을 만드는 데 적용할 수 있는지 궁금했습니다.

팀은 로드아일랜드 디자인 학교, 파슨스 디자인 학교, 패션 기술 연구소의 뜨개질 전문가와 연결된 빈티지 펀치 카드 편직 기계와 Sanchez를 구입했습니다.

편직 공정을 자동화하기 위해 Sanchez와 팀은 다양한 유형의 원사로 복잡한 구조를 만들 수 있도록 편직 장비(종종 수십 년 된 기계)에 지시할 수 있는 소프트웨어도 개발해야 했습니다. "한 번은 소프트웨어 프로그램을 사용하여 기계를 속여 내 컴퓨터가 플로피 디스크라고 생각하도록 해야 했습니다"라고 Sanchez는 말합니다. 초기 실험이 유망한 결과를 보인 후 팀은 보다 현대적이고 자동화된 기계로 전환했습니다.

Carnegie Mellon Robotics Institute의 조교수인 James McCann이 소프트웨어에 협력했습니다. "팀은 광범위한 소프트 액추에이터를 개발하고 특성화하기를 원했습니다. 단지 하나의 패턴을 구축하는 것이 아니라 전체 파라메트릭 패턴 세트를 구축하고 있었습니다."라고 McCann은 말했습니다. "이것은 일반적으로 쉽게 조정 가능한 파라메트릭 출력 제품군 대신 손으로 단일 출력을 개발하는 데 초점을 맞춘 전통적인 편직 디자인 소프트웨어로는 수행하기 어렵습니다."

해결 방법을 만들기 위해 팀은 범용 프로그래밍 언어로 작성된 편직 설명인 "knitout" 파일 형식을 사용하여 3D 패턴을 설명한 다음 해당 편직 설명을 원하는 편직 기계에서 실행되도록 변환하는 코드를 개발했습니다.

"니트아웃과 같은 일반적인 편직 형식으로 파라메트릭 패턴을 개발할 때의 멋진 점은 다양한 유형의 편직 기계를 사용하는 다른 그룹이 광범위한 번역 노력 없이 동일한 패턴을 사용하고 구축할 수 있다는 것입니다."라고 McCann은 말합니다.

3D 편직 공정을 설정한 후 Sanchez와 공동 작업자는 처음으로 다양한 편직 매개변수가 결과 재료의 기계적 특성에 영향을 미치는 방식에 대한 광범위한 지식 라이브러리를 만들기 위해 일련의 실험을 수행했습니다. 팀은 원사, 구조 등의 20가지 다양한 조합을 테스트하여 다양한 니트 구조가 접힘 및 풀림, 구조적 기하학 및 인장 특성에 어떤 영향을 미치는지 특성화했습니다.