İnsan Gibi Eller: Yeni Katmanlı Üretim, Yumuşak Robotların Gerçeğe Dönüşmesine Yardımcı Oluyor

Hızla gelişen robot bilimi alanında, alana dair anlayışımızı yeniden şekillendirmeyi vaat eden yeni bir sınır ortaya çıkıyor: Yumuşak robot bilimi. Bu yenilikçi yaklaşım, en ileri katmanlı üretim teknikleri sayesinde ilerleme kaydediyor. 

Bu makalede, yumuşak robotik alanını keşfediyor ve katmanlı üretimdeki son gelişmelerin bu teknolojiyi nasıl ileriye taşıdığını inceliyoruz.

Yumuşak Robotik Nedir?

Yumuşak robot teknolojisi, robotlarla ilişkilendirdiğimiz sert hareketlerin yerine, canlı organizmaların fiziksel özelliklerine daha çok benzeyen teknolojileri tanıtmaya çalışıyor. Robot biliminin geleneksel doğrusal ve kalıplaşmış özelliklerinin yerini sofistike modellere bıraktığı bir biyomimikri biçimi olarak kabul edilen yumuşak robotlar, insan, hayvan ve bitki yaşamını taklit eder. 

Araştırmacılar tahmin ediyor yumuşak robotik pazarı 770'de 2022 milyon ABD dolarından fazla olan pazar büyüklüğünün 22'da neredeyse 2030 milyar ABD dolarına çıkmasıyla gelecekte önemli ölçüde büyük bir fırsat haline gelecektir. Bu, %75'e yakın yıllık bileşik büyüme oranı anlamına gelecektir. 

Göre Harvard Biyotasarım LaboratuvarıKumaş, kağıt, elyaf ve parçacıklar gibi gömülü esnek malzemeler içeren elastomerik matrislere sahip akışkan aktüatörler olarak yumuşak robotik teknolojisinin anlaşılmasına yardımcı olan yumuşak robotik, hafifliği, uygun fiyatı ve belirli bir uygulamaya kolay özelleştirilebilirliği nedeniyle popüler hale gelecektir. 

Soft Robotics'in Bazı Uygulamaları

Harvard Biodesign Lab, bugün ABD'de hemiparezi nedeniyle kronik felçten kurtulan dört milyon, dünya çapında diğer gelişmiş ülkelerde ise altı milyon kişinin bulunduğunu tahmin ediyor. Hayatta kalan bu kişiler sıklıkla ellerinin motor yeteneklerini kaybederler. Soft Robotics, modüler, güvenli, taşınabilir, sarf malzemesi, evde el rehabilitasyonu ve yardımcı cihaz geliştirmeye yardımcı olarak bu zorluğun üstesinden gelmelerine yardımcı olabilir. 

Amerika Birleşik Devletleri'nde yaşam boyu kalp yetmezliği gelişme riski neredeyse 20%. Yumuşak robot teknolojisinin arkasındaki teknolojiden yararlanan Laboratuvar, kalp yetmezliğinin tedavisine yardımcı olacak bir tezgah üstü kalp simülatörü ve Doğrudan Kardiyak Kompresyon (DCC) cihazı geliştiriyor. 

Tüm bu faydalı uygulamalar ve daha fazlasıyla Soft Robotics, dünya çapında hasta rehabilitasyonu ve yaşam kalitesini iyileştirme çabalarında önemli bir rol oynayabilir. Yumuşak robot teknolojisinin amacını ilerletmeye yardımcı olan herhangi bir teknoloji bu nedenle olumludur. Bugün bu tür üretim tekniklerinden bazılarını tartışacağız. 

Yumuşak Robotikte 3 Boyutlu Baskı veya Eklemeli Üretim Teknolojisi

3D baskıEklemeli üretim olarak da bilinen üretim, dijital bir dosyadan üç boyutlu nesnelerin geliştirilmesiyle ilgilidir. İçsel gelişim sürecinden dolayı eklemeli imalat olarak adlandırılmaktadır. 

Eklemeli üretim sürecinde, istenen nesnenin nihai şekli ve formu elde edilene kadar ardışık malzeme katmanlarının yerleştirilmesiyle bir nesne geliştirilir. 

Bu katmanların her biri, istenen nesnenin ince dilimlenmiş bir kesitinden başka bir şey değildir. Eklemeli üretim, kaynak malzemenin büyük bir bloğundan istenen şekil ve boyutlarda parçaların kesildiği geleneksel çıkarmalı imalat tarzından farklıdır. 

3D baskı veya katmanlı üretim genellikle bir 3D model, bir 3D yazılım ve bir 3D yazıcı içerir. Süreç halihazırda tüketici ürünleri, endüstriyel ürünler, diş ürünleri, protezler, mimari ölçekli modeller ve maketler, yeniden yapılandırılmış fosiller, antik eserlerin kopyaları, adli psikolojide yeniden yapılandırılmış kanıtlar, film dekorları ve daha pek çok alanda uygulama alanı bulmuştur. 

Şimdi, kullanılabilirlik buldu Yumuşak robotik gibi daha karmaşık bir alanda. ETH Zürih ve ABD merkezli bir girişim olan Inkbit, bunu ortaklaşa mümkün kıldı. 

Inkbit bir MIT yan kuruluşu olsa da, ETH Zürih Bilim ve Teknoloji Üniversitesi'nin tarihi, "günümüz İsviçre'sinin kurucularının onu bir yenilik ve bilgi merkezi olarak yarattığı" 1855 yılına kadar uzanır.

3D Baskı/aditif üretime yatırım yapma hakkında her şeyi öğrenmek için burayı tıklayın.

Detaylı Teknoloji

Atılım

ETH Zurich ve Inkbit'in araştırmasının elde ettiği ilerleme, katmanlı üretim veya 3D baskıda kullanılabilecek malzemelerin kapsamını genişletmesidir. Daha önce teknoloji yalnızca hızlı sertleşen plastiklerle sınırlıyken, artık yavaş sertleşen plastikler için de uygun hale geldi. Bu kapsam geliştirmenin birçok avantajı vardır. 

Faydaları

• Yavaş sertleşen plastikler gelişmiş elastik özelliklere sahiptir.
• Daha dayanıklı ve sağlamdırlar.
• Yavaş sertleşen plastikler, karmaşık ve daha dayanıklı robotik elemanların 3D olarak basılmasını mümkün kılar.
• Teknoloji çeşitli yüksek kaliteli malzemelerle uyumludur
• Kapsam geliştirme yumuşak, elastik ve sert malzemeleri birleştirmeyi kolaylaştırır.

Ve nihayet,

• İstenildiği yerde hassas yapılar ve boşluklu parçalar oluşturma gereksinimini karşılarlar. 

Uygulama

Yavaş sertleşen plastiklerle yumuşak robot teknolojisinin ve eklemeli imalatın faydalarını birleştirerek insanlığa çok uzun süre fayda sağlayacak bir sinerji yaratmak mümkün hale geldi. 

ETH Zürih'teki araştırmacılar, kemikler, bağlar ve tendonlar gibi insan fizyolojisinin tüm niteliklerini taşıyan robotik bir eli başarıyla ortaya çıkardılar. Farklı polimerlerden yapılmış olmasına rağmen nihai ürün tek seferde üretilebilir. 

Araştırmacılara göre yavaş sertleşen polimerleri dahil edemeselerdi bu mümkün olmazdı. ETH Zürih robot bilimi profesörü Robert Katzschmann'ın grubundaki doktora öğrencisi ve çalışmanın ilk yazarı Thomas Buchner'a göre:

“Artık yavaş sertleşen tiyolen polimerleri kullanıyoruz. Bunlar çok iyi elastik özelliklere sahip ve poliakrilatlara göre büküldükten sonra orijinal hallerine çok daha hızlı dönüyorlar.”

Tiyolen polimerlerinin dahil edilmesi, elin yumuşak robotik prensiplerle üretilmesinde oyunun kurallarını değiştirmiştir. Robotik el, gerçek insan eli kadar yumuşak olduğundan yaralanma riski daha az oluyor ve kırılabilecek eşyaları daha iyi işleyebiliyor. 

Yumuşak robotik ve katmanlı üretimi aynı süreçte birleştirmek için araştırmacıların 3D baskı teknolojisinde bazı değişiklikler yapması gerekti. Baskıya, yazdırılan her katmanı olası yüzey düzensizliklerine karşı anında kontrol edebilen bir 3D lazer tarayıcı eklediler. 

Araştırmacılar ayrıca bu düzensizlikleri telafi etmek için bir geri bildirim mekanizması da geliştirdiler. Bu mekanizma, eğer varsa önceki katmanın düzgünsüzlüğünü hesaba katarak bir katmanda gerekli ayarlamaların yapılmasına yardımcı oldu. 

ETH Zürih, bu baskı teknolojisini geliştirmek için ABD merkezli startup Inkbit'ten yardım aldı. 

Inkbit: Baskı Teknolojisi Startup'ı

2017 yılında Davide M. Marini, Javier Ramos ve Wojciech Matusik tarafından kuruldu. Inkbit bir B Serisi başlangıcıdır Medford, Massachusetts, Amerika Birleşik Devletleri merkezli. Şirketin amacı, 3D baskıyı makine görüşüyle ​​birleştiren yeni nesil katmanlı üretim platformu oluşturmaktır. Şirket, 3D baskı alanında yeniliklere ve yeni çözümler geliştirmeye devam ediyor. Örneğin, bu yılın kasım ayının ortalarında, karmaşık çok işlevli sistemlerin ve robotların tek baskıyla üretildiği gösterildi. 

Bir hafta önce şirket, yeni bir yumuşak-orta durometre elastomeri olan TEPU 50A'yı tanıtmıştı. 

Inkbit'in hitap ettiği alanda başka oyuncular da var. Hepsi birlikte, yeni katmanlı üretim teknikleri aracılığıyla yumuşak robot biliminde ilerleme sağlamaya çalışıyor.

Yumuşak Robotiği Geliştirmeye Yardımcı Olacak Dönüştürücü Eklemeli Üretim Tekniklerine Sahip Şirketler

# 1. FlashForge

Son zamanlarda, son derece uyumlu yumuşak tutuculara sahip, 3D baskılı modüler bir yumuşak tutucu geliştirildi. Parmaklar, pozitif basınçlı yumuşak pnömatik aktüatörlerin yanı sıra mekanik bir meta malzemeden oluşuyordu. Metamateryal, yumuşak bir yardımcı yapıyı ve uyumlu kaburgaları entegre etti. Süreçte kullanılan 3 boyutlu yazıcı, düşük maliyetli, açık kaynaklı bir yazıcıydı. kaynaşmış biriktirme modellemesi FlashForge Corporation'ın evinden 3 boyutlu yazıcı. 

2011 yılında kurulan Zhejiang Flashforge 3D Technology Co., LTD, Çin'deki ilk profesyonel 3D baskı ekipmanı ve malzemeleri Ar-Ge ve üretim işletmelerinden biridir. FlashForge ürünler dünya çapında 100'e yakın ülke ve bölgeye seyahat etmektedir. 

Yurt içi ve yurt dışında 600'den fazla ülke ve bölgede 50'den fazla marka bayiliği geliştirmiştir. 

FlashForge USA, 3D baskıyı kurumlar, mimarlar, mühendisler, tasarımcılar, endüstriyel kullanıcılar ve geniş tüketici ve üreten tüketici pazarları için geniş çapta erişilebilir hale getirmeye odaklanıyor. 

Tahminen Flashforge'un geliri XNUMX'den fazla US $ 15 milyonFlashforgeUSA'da ise birden fazla var US $ 7 milyon. 

# 2. NinjaTek

Birçok çözümü arasında NinjaTek'in Cheetah® 3D Yazıcı Filamenti protez eller için esnek, gerçeğe yakın kemikler oluşturmak için kullanıldı. Parmak tasarımı, gerçekçi cilt benzeri bir doku oluşturmak ve parmakların sağlamlığını ve gücünü artırmak için esnek bir 3D baskılı kemiğin silikon kalıba yerleştirilmesini gerektiriyordu. Elin tasarlanması ve geliştirilmesinden sorumlu araştırma ekibi, NinjaTek'in yarı esnek Cheetah TPU filamanının protez parçasının tasarımında çok faydalı olduğunu buldu.

NinjaTek Fenner Precision Polymers'ın bir parçasıdır. 3D baskı endüstriyel alanında son kullanıcılara özel filament üretmektedir. Şirket artık bir Michelin Grup Şirketidir. 

Michelin Grubu 28.5'de 2022 milyar Euro'ya yakın gelire kıyasla 24'de 2021 milyar Euro'dan fazla gelir kaydetti. Şirketin gelirinin yüzdesi olarak faaliyet geliri, 12'de %2022'ye yakındı. 

# 3. kurgu

Bu alandaki bir diğer önemli oyuncu da kapsamlı bir ürün yelpazesi sunan Fictiv'dir. 3D baskı hizmetleri ve ilerleme konusunda güçlü bir kararlılık sergilemek yumuşak robotik. Fictiv'in yenilikçi hizmetlerinden yararlanan Medtronic gibi büyük tıbbi teknoloji şirketleri sayesinde uzmanlıkları oldukça rağbet görüyor.

Fictiv, yumuşak robotların daha uyumlu ve esnek olduğuna inanıyor. "Çeşitli sap tasarımlarını daha iyi anlayabilir ve hareketlerini buna göre uyarlayabilir." Aynı zamanda yumuşak robotların "nesneleri kavramak için pnömatik olarak çalıştırılan, emme özelliklerinin kolayca eklenmesine olanak tanıyan" robotlar olduğunu düşünüyor. 

Mayıs 2022'de Fictiv açıkladı 100 milyon dolarlık E Serisi finansman turunun kapanışı. Tur, aralarında Angeleno Group, Cross Creek ve The Westly Group gibi yeni yatırımcıların da bulunduğu Activate Capital tarafından yönetildi. Fictiv'in diğer kurumsal yatırımcıları arasında Accel, Bill Gates, G2 Venture Partners ve Standard Investments yer alıyor. E Serisi finansman, Fictiv'in faaliyete geçtiği 192 yılından bu yana toplam yatırımını 2013 milyon ABD dolarına çıkardı. 

Yumuşak Robotikte 3 Boyutlu Baskı veya Eklemeli Üretim Teknolojisi: Gelecekte Neler Var?

3D baskı veya katmanlı üretim, yüksek kalitesi ve aynı anda birden fazla malzemeyi basabilme yeteneği nedeniyle yumuşak robotikte önemli bir teknoloji haline gelecektir. 

Yumuşak robotlar, robotik çözümün gerildiğinde ve sıkıldığında bile çalışır durumda kalmasına yardımcı olan sıvılardan, jellerden, fonksiyonel polimerlerden ve diğer kolayca deforme olabilen malzemelerden yapılmıştır. Önemli olan, bu malzemelerin yalnızca daha hızlı değil aynı zamanda daha güvenilir olan mevcut 3D baskı veya katmanlı üretim teknolojileriyle uyumlu olmasıdır. Ancak evrensel olarak uyarlanabilir olabilmek için ölçeklenebilirliklerini geliştirmeleri gerekecek. 

Yeni katmanlı üretim teknolojilerinin sahip olduğu bir diğer avantaj ise yüksek özgüllükleri ve en karmaşık şekilleri basabilme yetenekleridir. 

Yeni geliştirilen yumuşak robotların çoğunun ayrılmaz bir parçası olan güç kaynaklarının yerleştirilmesi söz konusu olduğunda yeni katmanlı üretim teknikleri de faydalıdır. Ayrıca yeni 3D baskı teknikleri, bunların yumuşak robotik yapıların içine akıllıca yerleştirilmesine yardımcı oluyor.

Öte yandan, şu anda mevcut olan 3D yazdırılabilir yumuşak malzemeler, kendi ağırlıklarından dolayı inşaat süreci sırasında normal olarak kullanılan kuvvetler altında önemli bir deformasyon eğilimine sahiptir ve bu da destek malzemesinin dahil edilmesini gerektirir. Bu zorluk, daha fazla gelişmeye hazır bir alanı vurgulamaktadır. Bu sorunu ele alan çözümlerden biri, Kilopaskal'dan Megapaskal'a kadar değişen basınçlara dayanabilen viskoelastik hidrojeller formunda ortaya çıktı. 

Son zamanlarda, bir araştırma grubu ayrıca daha sonraki bir aşamada polimerizasyon yoluyla yerinde tutulabilen sıvılar gibi son derece yumuşak malzemeleri basabilen çok yönlü bir tekniği başarıyla geliştirdi. 

Başka araştırma ekibiDelft Teknoloji Üniversitesi öğrencilerinden oluşan ekip, heyecan verici bir özelliği daha tanıttı. Silikonları 3D baskılı kabuklara dökebilen 3D baskı teknolojilerinin geliştirilmesine yardımcı oldu. Bu teknik düşük maliyetlidir ve yumuşak robot teknolojisinin gelecekte yeni boyutlara ulaşmasında yardımcı olabilir. 

Konuyla ilgili daha fazla araştırma ve bilimsel çalışma yapıldığında, katmanlı üretim, yumuşak robot teknolojisinin tıp ve sağlık bilimleri alanında son derece önemli hale gelmesine yardımcı olacak. Halihazırda sınırlı el fonksiyonu, lokal felç ve artritten muzdarip olanlar için yararlı olan yumuşak robotik 3D baskılı eldivenlerin geliştirilmesine yardımcı oldu. 

Bilim insanları ayrıca çakıl taşları ve kum gibi düzgün olmayan ve pürüzlü yüzeyler üzerinde yürüyebilen protez eller ve dört ayaklı 3D baskılı yumuşak robotlar da ürettiler. 

Bu tür yumuşak robotlar, tıbbi ve sağlık rehabilitasyonu kullanımlarının yanı sıra kurtarma operasyonlarında da yardımcı olabilir veya tehlikeli ortamlardan sensör verileri toplamak için kullanılabilir.

Özetle, yumuşak robot teknolojisinin amacını ilerletmede yeni katmanlı üretim tekniklerinin sunduğu fırsatlar çok büyüktür. Kamu yararına büyük ölçekli vaka kullanımı için yalnızca laboratuvardan çıkması gerekiyor. 

İlk on katmanlı imalat ve 3D baskı stoku için buraya tıklayın.