Integrated Design and Fabrication of Pneumatic Soft Robot Actuators in a Single Casting Step

要約

生物から着想を得たソフトロボットは、不確実性に対処し、構造化されていない環境に適応する能力をすでに示しています。
ただし、その可用性は、多くの場合、リソースを大量に消費する反復的なワークフローに基づいた、時間とコストがかかり、高度に管理された設計製造プロセスによって部分的に制限されます。
ここでは、単一の鋳造ステップでの空気圧ソフト アクチュエータの設計と製造を対象とした統合アプローチを提案します。
モールドと犠牲の水溶性中空コアは、溶融フィラメント製造 (FFF) を使用して印刷されます。
加熱水回路はコア材料の溶解を促進し、アクチュエータの壁からの完全な除去を保証します。一方、アクチュエータの機械的操作性は有限要素解析 (FEA) によって定義されます。
これにより、最小限の管理下で不均一な断面をもつアクチュエータの製造が可能になり、設計および製造プロセス中に必要な反復回数が削減されます。
曲げおよび直線運動が可能な 3 つのアクチュエータが、ミミズにインスピレーションを得たロボット、4 脚ロボット、およびロボット グリッパーの 3 つの異なる生物からインスピレーションを得たソフト ロボットとして設計、製造、統合され、実証されました。
提案した手法の可用性、汎用性、有効性を実証し、ソフトロボットの設計と製造の加速に貢献します。
この研究は、人々がソフトロボットをより低コストで利用できるようにするための一歩を表しています。

要約(オリジナル)

Bio-inspired soft robots have already shown the ability to handle uncertainty and adapt to unstructured environments. However, their availability is partially restricted by time-consuming, costly and highly supervised design-fabrication processes, often based on resource intensive iterative workflows. Here, we propose an integrated approach targeting the design and fabrication of pneumatic soft actuators in a single casting step. Molds and sacrificial water-soluble hollow cores are printed using fused filament fabrication (FFF). A heated water circuit accelerates the dissolution of the core’s material and guarantees its complete removal from the actuator walls, while the actuator’s mechanical operability is defined through finite element analysis (FEA). This enables the fabrication of actuators with non-uniform cross sections under minimal supervision, thereby reducing the number of iterations necessary during the design and fabrication processes. Three actuators capable of bending and linear motion were designed, fabricated, integrated and demonstrated as three different bio-inspired soft robots, an earthworm-inspired robot, a four-legged robot, and a robotic gripper. We demonstrate the availability, versatility and effectiveness of the proposed methods, contributing to accelerating the design and fabrication of soft robots. This study represents a step toward increasing the accessibility of soft robots to people at a lower cost.

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