创建软机器人的新设计方法

世界上的老年人口正在蓬勃发展。到2050年,老年人 - 年龄在60岁或以上 - 的人数预计将增加一倍以上,并且增长速度超过全球所有年龄较小的年龄组。

这种趋势伴随着对能够提供24小时护理的护理人员的需求不断增加,不仅在医院或疗养院,而且在私人住宅和公寓。

护理机器人已经被编程为提出护士会问的问题,并且可以监控患者跌倒。由于美国预期的照顾者短缺,这些机器人助手预计将变得越来越有市场,到2045年将达到45万。

“不幸的是,当前看护机器人的外部硬结构阻止他们进行安全的人机交互,将他们的援助仅限于社交互动而非物理互动,”拉美西斯马丁内斯说,他是工业工程学院的助理教授,普渡大学工程学院韦尔登生物医学工程学院。“毕竟,你会把婴儿,身体上或认知上受损的老人留在机器人手中吗?”

材料科学的最新进展使得能够制造具有可变形体的机器人或者在触摸时重塑的能力,但是软机器人的复杂设计,制造和控制目前阻碍了该技术的商业化及其在家庭应用中的使用。

Martinez和其他普渡大学的研究人员开发了一种新的设计方法,该方法在使用3D打印机实现软机器人的高效设计和制造方面具有前景。该技术发表在4月8日的Advanced Functional Materials上。有关该技术的视频,请访问https://www.youtube.com/watch?v=nDpzuLbtzDM。

设计过程包括三个步骤。首先,用户使用机器人的形状制作计算机辅助设计文件。然后,用户绘制CAD文件以显示软机器人的不同关节将移动的方向。快速计算机算法需要几秒钟才能将CAD模型转换为可以使用任何传统3D打印机打印的3D架构软机(ASM)。

架构的软机与人类一样移动,除了肌肉之外,它们依赖于小型电动机,这些电动机从绑在四肢末端的尼龙线拉出。它们可以被挤压和拉伸至原始长度的900%以上。有关视频,请访问https://www.youtube.com/watch?v=V0L0lP0g4tg。

“ASM可以轻松地执行复杂的动作,例如抓握或爬行,这项工作向自动轻量级软机器人的发展迈出了一步,”Martinez说。“ASM改变身体形态和步态以适应各种环境的能力不仅有可能改善护理,还有灾难应对机器人。”