カリフォルニア大学は、3D印刷を使用して、「昆虫のような」ソフトロボットを作成しています
研究者によると、昆虫ロボットを作る上での主な課題の1つは、複雑な外骨格構造力学の再構築です。 シェルは、構造的サポート、関節の柔軟性、身体保護などの複数の機能を提供すると同時に、感知、把持、および取り付けのための機能的な表面機能を提供する必要があります。
サンディエゴの研究チームは、昆虫の手足の可動性は、剛性、柔軟性、および勾配剛性要素の配置によって決定されるのに対し、昆虫の外骨格は、剛性と柔軟性のある機械部品のハイブリッド構造であると観察しました。したがって、将来の反復では、ベースとなる昆虫モデルをより適切に反映するためのハイブリッド構築方法が必要です。
最近、ロボット工学者は、体と手足の適応性をロボットの設計に組み込むために、マルチマテリアル3D印刷、レーザー切断、ラミネーション、ダイカストの方法を使用し始めています。これらの製造技術には、通常、限られた材料オプションを提供する高価で時間のかかる製造ツールを入手するという犠牲を払うため、欠点もあります。
より費用効果の高い方法で柔軟で弾性のある外骨格を3D印刷できるようにするために、研究チームは弾性骨印刷と呼ばれる新しいハイブリッド手法を考案しました。溶融堆積モデリング（FDM）3Dプリンターと、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ABS）などの標準フィラメント材料を使用すると、この方法がより安価で使いやすくなります。さらに、新しい技術は従来の方法とは異なりますが、3Dリジッドフィラメントを加熱された熱可塑性フィルムに直接印刷してソフトロボットを作成します。この方法は、堆積された材料に柔軟で強力なベース層を提供し、ロボット本体のジョイントとストラットの剛性と特性を正確に制御できます。
標準のFDM印刷では、プラスチックフィラメント（ABSやポリ乳酸（PLA）など）が加熱されたノズルのオリフィスから押し出され、平らな印刷面に堆積されます。一方、柔軟なスケルトンプロセスでは、変更されたPrusa i3MK3SまたはLulzBotTaz 6 FDM 3Dプリンターを使用して、加熱された熱可塑性ベース層にフィラメントを直接堆積します。これにより、堆積した材料と非伸長性の柔軟な基板との間に高い結合強度がもたらされ、それによって耐疲労性が向上します。フレキシブルスケルトン印刷の接着プロセスでは、フィラメントが押し出しプロセス中にベース層に直接接着されるため、追加の接着剤や硬化剤も必要ありません。
製造されたコンポーネントの強度と耐疲労性をテストするために、チームは均一な長方形の形状のフレキシブルビームを製造しました。各ビームを一定の応力状態に曲げ、その位置を10秒間保持して、ロボットの脚が曲げられ、荷重を支えるために所定の位置に固定される状況をシミュレートします。次に、研究チームは、試験前に中立位置から測定された無負荷のビーム偏向角の画像を撮影することにより、ビームのクリープ角を測定しました。ポリカーボネート（PC）層を追加することにより、研究者は3D印刷ビームのクリープ変形を300デューティサイクル内で70％削減できることを発見しました。