麻省理工學(xué)院 （MIT） 的研究人員創(chuàng)造了一種新的制造技術(shù)，可以制造出更具成本效益的軟氣動(dòng)執(zhí)行器。

設(shè)計(jì)輔助可穿戴設(shè)備和機(jī)器人技術(shù)最困難的挑戰(zhàn)之一是模仿人體錯(cuò)綜復(fù)雜的獨(dú)特方面。具體來(lái)說(shuō)，重建人手的運(yùn)動(dòng)、精度、控制和感知能力一直是學(xué)術(shù)界和工業(yè)界都非常感興趣的話題。

在這里，經(jīng)濟(jì)挑戰(zhàn)與技術(shù)挑戰(zhàn)一樣重要，復(fù)雜的系統(tǒng)將成本高昂且難以制造。

本周，麻省理工學(xué)院的研究人員提出了一種制造軟氣動(dòng)執(zhí)行器的新方法，希望能夠降低此類系統(tǒng)的成本。

麻省理工學(xué)院的香蕉狀軟執(zhí)行器。

本文將討論氣動(dòng)執(zhí)行器、它們的一些相關(guān)用例，以及麻省理工學(xué)院的新研究如何影響該技術(shù)。

用于人體觸摸的軟氣動(dòng)執(zhí)行器

在設(shè)計(jì)模仿或輔助人手的系統(tǒng)時(shí)，存在許多重大挑戰(zhàn)和權(quán)衡。

人手的獨(dú)特之處在于它結(jié)合了高水平的精確度、力量和控制力，同時(shí)又溫和且戰(zhàn)術(shù)敏感。重新創(chuàng)建這一點(diǎn)成為創(chuàng)建輕量級(jí)、可定制且有效的系統(tǒng)的挑戰(zhàn)，該系統(tǒng)在抓取時(shí)也不會(huì)破壞所需的對(duì)象，就像手知道何時(shí)停止擠壓一樣。

這個(gè)問(wèn)題的一個(gè)高度吹捧的解決方案是軟氣動(dòng)執(zhí)行器。

基于織物的軟氣動(dòng)執(zhí)行器示例。

軟氣動(dòng)致動(dòng)器是結(jié)合了氣動(dòng)致動(dòng)器的低響應(yīng)時(shí)間和大輸出功率與可模擬活組織的軟材料的設(shè)備。這些軟材料通常是彈性體，如硅膠或基于織物的針織材料。

借助軟氣動(dòng)執(zhí)行器，機(jī)器人專家可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)力、控制和靈活性的基本組合，同時(shí)確保對(duì)抓取的物體進(jìn)行仔細(xì)和安全的護(hù)理，這要?dú)w功于所使用的軟材料。

制造軟氣動(dòng)執(zhí)行器的挑戰(zhàn)

雖然被證明是一種高效技術(shù)，但軟氣動(dòng)執(zhí)行器歷來(lái)面臨各種制造挑戰(zhàn)。

據(jù)麻省理工學(xué)院的研究人員稱，過(guò)去曾嘗試使用不同的技術(shù)來(lái)制造此類設(shè)備，包括：

組合不同剛度的織物

用紗線特性編程紡織品剛度

運(yùn)用獨(dú)特的針織成型技術(shù)

在紡織品上澆注外加筋

然而，大多數(shù)現(xiàn)有技術(shù)的挑戰(zhàn)是勞動(dòng)密集型和細(xì)致的。

除此之外，許多先前嘗試的技術(shù)都無(wú)法在制造過(guò)程中將傳感能力集成到軟材料中。這一困難代表了進(jìn)一步的挑戰(zhàn)，因?yàn)閭鞲胁牧媳仨氁丛诓牧现羞M(jìn)行后處理，要么完全被遺忘。

總而言之，創(chuàng)建具有成本效益的軟氣動(dòng)執(zhí)行器的“理想”解決方案需要工程師可以自動(dòng)化、輕松集成到現(xiàn)有工作流程中，并包含無(wú)需后處理的傳感功能。

麻省理工學(xué)院的 PneuAct 方法

本周，麻省理工學(xué)院的研究人員宣布了一種制造氣動(dòng)軟執(zhí)行器的新方法，該方法聲稱可以解決現(xiàn)有工作流程的許多挑戰(zhàn)。

在他們最近發(fā)表的論文中，研究人員描述了他們被稱為 PneuAct 的新方法，該方法被稱為“用于計(jì)算設(shè)計(jì)和數(shù)字化制造軟氣動(dòng)執(zhí)行器的可擴(kuò)展管道”。

執(zhí)行器本身僅由一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)硅膠管組成，該硅膠管由特制的針織護(hù)套覆蓋和限制。

軟氣動(dòng)執(zhí)行器由硅膠管和特殊編織的護(hù)套組成。

針織護(hù)套是使用機(jī)器針織工藝創(chuàng)建的，以創(chuàng)建彈性針跡，以創(chuàng)建影響致動(dòng)器在充氣時(shí)彎曲的非均勻結(jié)構(gòu)。

充氣時(shí)，致動(dòng)器的變形主要由編織護(hù)套定義。除此之外，研究人員還能夠通過(guò)使用精心編織的導(dǎo)電紗線將壓力和電容傳感結(jié)構(gòu)集成到執(zhí)行器中。

這項(xiàng)新技術(shù)的一個(gè)重要方面是使用機(jī)器編織方法，與其他方法相比，它可以提高速度、數(shù)字可編程性和獲得更多材料。

結(jié)果，研究人員表明，他們的方法允許他們?cè)谝淮螜C(jī)器運(yùn)行中自動(dòng)創(chuàng)建一個(gè)完整的針織結(jié)構(gòu)。

總體而言，此類旨在尋找新的和可能更好的制造技術(shù)方法的研究可以成為推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步的實(shí)際下一步。看看軟氣動(dòng)執(zhí)行器和機(jī)器人觸覺(jué)如何通過(guò)此類研究繼續(xù)發(fā)展將會(huì)很有趣。