用于软机器人的纤维和有机硅复合结构自动制造的新工艺

新加坡科技与设计大学 (SUTD) 的研究人员开发了称为自动纤维嵌入 (AFE) 的新技术,可以为软机器人应用生产复杂的纤维和有机硅复合结构。他们的工作发表在IEEE Robotics and Automation Letters 上。

许多软机器人组件,包括传感器和执行器,利用弹性基材内嵌入的连续纤维来实现各种功能。然而,由于处理精确分层和将纤维保留在易于不一致的图案位置中涉及的复杂性,将连续纤维手动嵌入软基材具有挑战性。

相比之下,由助理教授 Pablo Valdivia y Alvarado 领导的研究团队开发的 AFE 方法可以在无需用户手动干预的情况下高精度制造复杂的层状复合材料,从而显着扩大制造可能性的范围,同时节省时间和劳动力。

该技术通过直接墨水书写以自动方式利用纤维嵌入与弹性体沉积的无缝组合,并允许精确控制复合结构内的深度和纤维间距。这种过程自动化对于软机器人组件的制造和定制具有巨大的潜力,这些组件需要手动无法轻松实现的复杂几何形状。

在研究中,讨论了在有机硅弹性体中自动分层和嵌入纤维的三种不同方法。为了展示这些技术的多功能性,还介绍了从充气执行器到感应充电线圈的几种软机器人应用。由 AFE 制造工艺实现的嵌入纤维图案用于控制颜色变化、调整结构和形态特性、激活热输入,并在软机器人结构中实现电特性。此外,还展示了 AFE 方法的组合,用于自主制造多个软机电组件。

“我们的工作展示了一系列制造工艺的发展,这些工艺可用于在软复合材料中定制复杂的纤维布局。这将为软机器人中的各种新应用铺平道路,包括软传感器和软通信设备,”首席研究员说, SUTD助理教授Pablo Valdivia y Alvarado。

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