La pinza stampata in 3D non ha bisogno dell'elettronica per funzionare

Personale sui solidi sfusi in polvere | 01 agosto 2023

Un team di esperti di robotica della Jacobs School of Engineering, Università della California-San Diego (USCSD), ha collaborato con i ricercatori della BASF Corp. per creare la prima pinza stampata in 3D.

Le pinze vengono utilizzate principalmente in un ambiente pick-and-place nella fase di confezionamento dei prodotti nei settori alimentare, cosmetico, farmaceutico e altri.

Questa morbida pinza robotica è stampata in 3D in un'unica stampa e funziona senza elettronica.

I ricercatori volevano progettare una pinza morbida che fosse pronta per l’uso direttamente dalla stampante 3D, dotata di sensori di gravità e tattili integrati. La pinza può raccogliere, trattenere e rilasciare oggetti.

"Abbiamo progettato le funzioni in modo che una serie di valvole consenta alla pinza sia di afferrare al contatto che di rilasciare al momento giusto", ha affermato Yichen Zhai, ricercatore post-dottorato presso il Bioinspired Robotics and Design Lab presso l'USCSD e autore principale dello studio. articolo, pubblicato su Science Robotics. Il documento, "Fabbricazione desktop di dispositivi robotici morbidi monolitici con circuiti di controllo fluidico incorporati", è stato pubblicato il 21 giugno 2023.

“È la prima volta che una pinza di questo tipo può sia afferrare che rilasciare. Tutto quello che devi fare è girare la pinza in orizzontale. Ciò innesca un cambiamento nel flusso d’aria nelle valvole, facendo rilasciare le due dita della pinza”, ha aggiunto Zhai.

Questa logica fluidica consente al robot di ricordare quando ha afferrato un oggetto e lo sta trattenendo. Quando rileva il peso dell'oggetto che spinge lateralmente mentre ruota in orizzontale, rilascia l'oggetto.

Le pinze morbide sono in circolazione da un po’ di tempo, consentendo ai robot di interagire in sicurezza con esseri umani e oggetti delicati.

Questa pinza può essere montata su un braccio robotico per applicazioni di produzione industriale, produzione alimentare e movimentazione di frutta e verdura. Può anche essere montato su un robot per compiti di ricerca ed esplorazione.

Per quanto riguarda la fonte di energia, poiché non necessita di componenti elettronici, la pinza può funzionare senza vincoli, con una bombola di gas ad alta pressione come unica fonte di energia.

Quando è collegata ad una fornitura costante di aria compressa, la pinza rileva e afferra autonomamente un oggetto e rilascia l'oggetto quando rileva una forza dovuta al peso dell'oggetto che agisce perpendicolarmente alla pinza.

I tipici robot morbidi stampati in 3D per la fabbricazione di filamenti fusi su desktop (FFF) hanno spesso un certo grado di rigidità; contengono un gran numero di perdite quando escono dalla stampante; e necessitano di una discreta quantità di elaborazione e assemblaggio dopo la stampa per essere utilizzabili. Ciò limita anche le loro applicazioni.

Il team ha superato questi ostacoli sviluppando un nuovo metodo di stampa 3D, che prevede che l’ugello della stampante tracci un percorso continuo attraverso l’intero motivo di ogni strato stampato.

"È come disegnare un'immagine senza mai sollevare la matita dalla pagina", ha affermato Michael T. Tolley, professore associato presso la Jacobs School of Engineering dell'UC San Diego.

Questo metodo riduce la probabilità di perdite e difetti nel pezzo stampato, molto comuni quando si stampa con materiali morbidi.

Il nuovo metodo consente anche la stampa di pareti sottili, fino a 0,5 mm di spessore. Le pareti più sottili e le forme complesse e curve consentono una gamma più ampia di deformazione, risultando in una struttura complessivamente più morbida.

I ricercatori hanno basato il metodo sul percorso euleriano, che nella teoria dei grafi è una traccia in un grafico che tocca ogni bordo del grafico una volta sola.

"Seguendo queste regole, siamo stati in grado di stampare in modo coerente robot morbidi pneumatici funzionali con circuiti di controllo integrati", ha affermato Tolley.

I ricercatori dell'USCSD includono Yichen Zhain, Jioayao Yan, Benjamin Shih, Michael T. Tolley. E quelli della BASF sono Albert De Boer, Martin Faber, Joshua Speros, Rohini Gupta.

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