인간과 같은 손: 새로운 적층 제조로 소프트 로봇 공학의 실현 가능

빠르게 진화하는 로봇공학 환경에서 해당 분야에 대한 우리의 이해를 재구성할 새로운 개척지, 즉 소프트 로봇공학이 등장하고 있습니다. 이 혁신적인 접근 방식은 최첨단 적층 제조 기술 덕분에 큰 발전을 이루고 있습니다. 

이 기사에서 우리는 소프트 로봇 공학의 영역을 탐구하고 적층 가공의 최근 발전이 이 기술을 어떻게 발전시키고 있는지 살펴봅니다.

소프트 로봇공학이란 무엇입니까?

소프트 로봇공학은 우리가 로봇과 연관시키는 딱딱한 움직임을 대체하여 살아있는 유기체의 물리적 특성과 더욱 유사한 기술을 도입하려고 시도합니다. 로봇 공학의 기존 선형 및 기형적 특징이 정교한 모델을 위한 자리를 마련하기 위해 이동하는 생체 모방의 한 형태로 간주되는 소프트 로봇 공학은 인간, 동물 및 식물의 생명을 모방합니다. 

연구자들은 소프트 로봇 시장 이는 시장 규모가 770년 2022억 22천만 달러 이상에서 2030년까지 약 75억 달러로 성장하여 미래에 상당히 큰 기회가 될 것이라는 점입니다. 이는 CAGR XNUMX%에 가까운 놀라운 성장을 의미합니다. 

에 따르면 하버드 바이오디자인 연구소천, 종이, 섬유 및 입자와 같은 유연한 재료가 내장된 탄성 매트릭스를 갖는 유체 액추에이터로서 소프트 로봇 공학의 기술을 이해하는 데 도움이 되는 소프트 로봇 공학은 가볍고, 저렴하며, 주어진 응용 분야에 대한 쉬운 사용자 정의 가능성으로 인해 인기를 얻고 있습니다. 

소프트 로봇공학의 일부 응용

하버드 바이오디자인 연구소(Harvard Biodesign Lab)는 현재 미국에서 반마비를 앓고 있는 만성 뇌졸중 생존자가 XNUMX만 명에 달하고 전 세계적으로 기타 선진국에서는 XNUMX만 명이 더 있을 것으로 추산합니다. 이러한 생존자들은 종종 손의 운동 능력을 상실합니다. Soft Robotics는 모듈식, 안전하고 휴대 가능하며 소모성인 재택 손 재활 및 보조 장치를 개발함으로써 이러한 문제를 해결하는 데 도움을 줄 수 있습니다. 

미국에서는 평생 동안 심부전이 발생할 위험이 거의 20%. 소프트 로봇공학의 기술을 활용하여 연구실에서는 심부전 치료에 도움이 되는 벤치탑 심장 시뮬레이터와 직접 심장 압박(DCC) 장치를 개발하고 있습니다. 

이러한 모든 유익한 응용 프로그램과 그 이상을 통해 Soft Robotics는 전 세계적으로 환자 재활 및 삶의 질 개선 노력에서 중요한 역할을 할 수 있습니다. 그러므로 소프트 로봇 공학의 발전을 돕는 모든 기술은 긍정적인 것입니다. 오늘은 그러한 제조 기술에 대해 논의하겠습니다. 

소프트 로봇공학의 3D 프린팅 또는 적층 제조 기술

3D 인쇄적층 제조라고도 알려진 는 디지털 파일에서 XNUMX차원 개체를 개발하는 방법입니다. 고유한 개발 프로세스 때문에 적층 가공이라고 합니다. 

적층 제조 공정에서는 원하는 물체의 최종 모양과 형태가 얻어질 때까지 연속적인 재료 층을 쌓아 물체를 개발합니다. 

이러한 각 레이어는 원하는 개체의 얇게 자른 단면에 지나지 않습니다. 적층 가공은 원재료의 큰 블록에서 원하는 모양과 크기의 부품을 잘라내는 전통적인 절삭 가공 스타일과 다릅니다. 

3D 프린팅 또는 적층 제조에는 일반적으로 3D 모델, 3D 소프트웨어 및 3D 프린터가 포함됩니다. 이 프로세스는 이미 소비재, 산업 제품, 치과 제품, 보철물, 건축 축소 모형 및 축소판, 재구성된 화석, 고대 유물의 복제품, 법의학 심리학의 재구성된 증거, 영화 소품 등의 제조에 응용되고 있습니다. 

지금, 유용성을 발견했습니다 소프트 로봇 공학이라는 보다 정교한 분야에서. ETH Zurich와 미국 기반 스타트업 Inkbit이 공동으로 이를 가능하게 했습니다. 

잉크빗은 MIT의 분사기관인 반면, 취리히 연방 공과대학교의 과학기술대학은 1855년으로 거슬러 올라가는데, 당시 "현대 스위스의 건국자들이 혁신과 지식의 중심지로 만들었던" 곳입니다.

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세부 기술

돌파구

ETH 취리히와 잉크빗의 연구가 이룬 획기적인 성과는 적층 제조 또는 3D 프린팅에 사용될 수 있는 소재의 범위를 확장했다는 것입니다. 이전에는 이 기술이 빠르게 경화되는 플라스틱에만 국한되었지만, 이제는 느리게 경화되는 플라스틱에도 적용 가능해졌습니다. 이러한 소재 범위 확장에는 많은 장점이 있습니다. 

혜택

• 천천히 경화되는 플라스틱은 탄성이 강화되었습니다.
• 내구성이 뛰어나고 견고합니다.
• 천천히 경화되는 플라스틱을 사용하면 복잡하고 내구성이 더 뛰어난 로봇 요소를 3D 프린팅할 수 있습니다.
• 이 기술은 다양한 고품질 재료와 호환됩니다.
• 범위 향상을 통해 부드럽고 탄력적이며 단단한 재료를 더 쉽게 결합할 수 있습니다.

그리고 마지막으로,

• 이는 원하는 위치에 공동이 있는 섬세한 구조와 부품을 생성하기 위한 요구 사항을 충족합니다. 

신청서

천천히 경화되는 플라스틱을 사용하면 소프트 로봇 공학과 적층 제조의 이점을 결합하고 오랫동안 인류에게 도움이 될 시너지 효과를 창출하는 것이 가능해졌습니다. 

ETH Zurich의 연구원들은 뼈, 인대, 힘줄과 같은 인간 생리학의 모든 특성을 갖춘 로봇 손을 성공적으로 개발했습니다. 서로 다른 폴리머로 만들어졌지만 최종 제품은 한 번에 만들 수 있습니다. 

연구자들에 따르면, 느린 경화 폴리머를 포함할 수 없었다면 이는 불가능했을 것입니다. ETH 취리히 로봇 공학 교수 Robert Katzschmann 그룹의 박사 과정 학생이자 연구의 첫 번째 저자인 Thomas Buchner에 따르면:

"저희는 현재 저속 경화 티올렌 폴리머를 사용하고 있습니다. 이 폴리머는 탄성률이 매우 뛰어나고, 폴리아크릴레이트보다 굽힘 후 원래 상태로 훨씬 빨리 회복됩니다."

티올렌 폴리머의 포함은 소프트 로봇 공학 원리에 따라 손을 생산하는 데 획기적인 변화를 가져왔습니다. 로봇 손은 실제 사람 손처럼 부드러워 부상 위험이 적고 깨지기 쉬운 물건을 더 잘 다룰 수 있다. 

동일한 공정에서 소프트 로봇 공학과 적층 제조를 수용하기 위해 연구원들은 3D 프린팅 기술에 몇 가지 수정 사항을 도입해야 했습니다. 그들은 인쇄에 3D 레이저 스캐너를 추가하여 인쇄된 각 레이어의 표면 불규칙성을 즉시 확인할 수 있습니다. 

또한 연구원들은 이러한 불규칙성을 보상하기 위해 피드백 메커니즘을 도입했습니다. 이 메커니즘은 이전 레이어의 불균일성을 고려하여 한 레이어를 필요한 조정하는 데 도움이 되었습니다. 

ETH Zurich는 미국 기반 스타트업인 Inkbit의 도움을 받아 이 인쇄 기술을 개발했습니다. 

Inkbit: 인쇄 기술 스타트업

2017년 Davide M. Marini, Javier Ramos, Wojciech Matusik이 설립한 회사입니다. Inkbit은 시리즈 B 스타트업입니다. 미국 매사추세츠 주 메드포드에 본사를 두고 있습니다. 회사의 목적은 3D 프린팅과 머신 비전을 결합한 차세대 적층 제조 플랫폼을 만드는 것입니다. 회사는 3D 프린팅 분야에서 계속 혁신하고 새로운 솔루션을 개발하고 있습니다. 예를 들어, 올해 XNUMX월 중순에는 복잡한 다기능 시스템과 로봇의 단일 프린트 제작을 시연했습니다. 

일주일 전, 회사는 새로운 연질 경도계 엘라스토머인 TEPU 50A를 출시했습니다. 

Inkbit이 제공하는 공간에는 다른 여러 플레이어가 있습니다. 이들 모두는 새로운 적층 제조 기술을 통해 소프트 로봇 공학의 발전을 촉진하기 위해 노력하고 있습니다.

소프트 로봇 공학의 발전을 돕는 혁신적인 적층 제조 기술을 보유한 기업

# 1. Flashforge

최근에는 고도로 등각적인 소프트 그리퍼를 갖춘 3D 프린팅 모듈형 소프트 그리퍼가 개발되었습니다. 손가락은 기계적 메타물질과 함께 양압 소프트 공압 액추에이터로 구성되었습니다. 메타물질은 부드러운 팽창 구조와 유연한 리브를 통합했습니다. 이 과정에서 사용된 3D 프린터는 저가형 오픈소스였다. 융합 증착 모델링 FlashForge Corporation의 3D 프린터. 

2011년에 설립된 Zhejiang Flashforge 3D Technology Co., LTD는 중국 최초의 전문 3D 프린팅 장비 및 재료 R&D 및 제조 기업 중 하나입니다. Flashforge 제품은 전 세계적으로 약 100개 국가 및 지역으로 판매됩니다. 

국내외 600개 이상의 국가 및 지역에서 50개 이상의 브랜드 딜러를 개발했습니다. 

FlashForge USA는 기관, 건축가, 엔지니어, 디자이너, 산업 사용자, 광범위한 소비자 및 프로슈머 시장이 3D 프린팅에 널리 접근할 수 있도록 하는 데 중점을 두고 있습니다. 

추정적으로 Flashforge의 수익은 US $ 15 만, FlashforgeUSA는 그 이상을 보유하고 있습니다. US $ 7 만. 

# 2. 닌자텍

NinjaTek의 다양한 솔루션 중 Cheetah® 3D 프린터 필라멘트 의수용 유연하고 실물과 같은 뼈를 제작하는 데 사용되었습니다. 손가락 디자인은 3D 프린팅된 유연한 뼈를 실리콘 몰드에 매립하여 사실적인 피부 질감을 구현하고 손가락의 견고성과 강도를 높이는 과정을 거쳤습니다. 의수 디자인 및 개발을 담당한 연구진은 닌자텍의 반경화형 치타 TPU 필라멘트가 의수 설계에 매우 유용하다고 판단했습니다.

닌자텍 Fenner Precision Polymers의 일부입니다. 3D 프린팅 산업 분야의 최종 사용자를 위한 특수 필라멘트를 생산합니다. 이 회사는 현재 미쉐린 그룹 회사입니다. 

미쉐린 그룹 28.5년에는 2022억 유로 이상의 매출을 기록했는데, 이는 24년의 약 2021억 유로 매출에 비해 증가한 수치입니다. 12년 회사의 매출 대비 영업이익 비율은 약 2022%에 달했습니다. 

# 3. 픽티브

이 분야의 또 다른 핵심 기업은 포괄적인 범위의 서비스를 제공하는 회사인 Fictiv입니다. 3D 프린팅 서비스 발전하려는 강한 의지를 보여줌 부드러운 로봇 공학Fictiv의 전문성은 높은 평가를 받고 있으며, Medtronic과 같은 대형 의료 기술 회사가 Fictiv의 혁신적인 서비스를 활용하고 있습니다.

Fictiv는 소프트 로봇이 적응력과 유연성이 더 뛰어나다고 믿습니다. "다양한 핸들 디자인을 더 잘 이해하고 이에 따라 움직임을 조정할 수 있습니다." 또한 소프트 로봇은 "공압식으로 작동하여 물체를 잡을 수 있어 흡입 기능을 쉽게 추가할 수 있는" 로봇으로 간주됩니다. 

2022년 XNUMX월, 픽티브(Fictiv) 발표 100억 달러 규모의 시리즈 E 투자 라운드가 마무리되었습니다. 이 라운드는 Activate Capital이 주도했으며, Angeleno Group, Cross Creek, The Westly Group 등의 신규 투자자가 참여했습니다. Fictiv의 다른 기관 투자자로는 Accel, Bill Gates, G2 Venture Partners, Standard Investments 등이 있습니다. 시리즈 E 투자로 Fictiv는 192년 설립 이후 총 2013억 XNUMX만 달러의 투자를 유치했습니다. 

소프트 로봇공학의 3D 프린팅 또는 적층 제조 기술: 미래의 모습

3D 프린팅 또는 적층 제조는 높은 품질과 동시에 여러 재료를 프린팅할 수 있는 기능으로 인해 소프트 로봇공학의 핵심 기술이 될 것입니다. 

소프트 로봇은 유체, 젤, 기능성 폴리머 및 기타 쉽게 변형 가능한 재료로 만들어져 늘어나거나 눌려도 로봇 솔루션이 계속 작동하도록 돕습니다. 중요한 것은 이러한 재료가 더 빠르고 안정적일 뿐만 아니라 현재의 3D 프린팅 또는 적층 제조 기술과 호환된다는 것입니다. 그러나 보편적으로 적응할 수 있으려면 확장성을 높여야 합니다. 

새로운 적층 제조 기술이 갖는 또 다른 장점은 높은 특이성과 가장 복잡한 형상을 인쇄할 수 있는 능력입니다. 

새로운 적층 제조 기술은 새로 개발된 대부분의 소프트 로봇의 필수적인 부분인 전원을 배치할 때에도 유용합니다. 또한 새로운 3D 프린팅 기술은 로봇을 소프트 로봇 구조 내부에 지능적으로 배치하는 데 도움이 됩니다.

반면, 현재 사용 가능한 3D 프린팅 가능한 연성 재료는 자체 무게로 인해 건축 과정에서 일반적으로 사용되는 힘에 따라 변형되는 경향이 있어 지지 재료를 포함해야 합니다. 이 과제는 추가 개발이 가능한 영역을 강조합니다. 이를 해결하기 위해 킬로파스칼에서 메가파스칼까지의 압력을 견딜 수 있는 점탄성 하이드로겔 형태의 솔루션이 등장했습니다. 

최근에는 연구 그룹 또한 이후 단계에서 중합을 통해 제자리에 고정될 수 있는 액체와 같은 매우 부드러운 재료를 인쇄할 수 있는 전방향 기술을 성공적으로 개발했습니다. 

다른 연구팀Delft University of Technology의 학생들로 구성된 가 또 다른 흥미로운 기능을 도입했습니다. 3D 프린팅된 껍질에 실리콘을 주조할 수 있는 3D 프린팅 기술 개발에 도움을 주었습니다. 이 기술은 비용이 저렴하며 소프트 로봇이 미래에 새로운 차원을 달성하는 데 도움이 될 수 있습니다. 

이 주제에 대해 더 많은 연구와 과학적 연구가 수행됨에 따라 적층 제조는 소프트 로봇 공학이 의료 및 건강 과학 분야에서 매우 관련성이 높아지는 데 도움이 될 것입니다. 이는 이미 제한된 손 기능, 국소 마비 및 관절염으로 고통받는 사람들에게 유용한 부드러운 로봇식 3D 프린팅 장갑을 개발하는 데 도움이 되었습니다. 

과학자들은 또한 자갈이나 모래와 같이 불균일하고 거친 표면을 걸을 수 있는 3개의 다리를 가진 의수와 XNUMXD 프린팅된 소프트 로봇을 제작했습니다. 

의료 및 건강 재활 용도 외에도 이러한 소프트 로봇은 구조 작업을 돕거나 위험한 환경에서 센서 데이터를 수집하는 데 사용될 수 있습니다.

요약하면, 소프트 로봇 공학의 발전에 새로운 적층 제조 기술이 제공하는 기회는 엄청납니다. 공익을 위한 대규모 케이스 사용을 위해서는 연구실에서 나오기만 하면 됩니다. 

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