יישום חומר TPU ברובוטים דמויי אדם

TPU (פוליאוריטן תרמופלסטי)בעל תכונות יוצאות דופן כגון גמישות, אלסטיות ועמידות בפני שחיקה, מה שהופך אותו לשימוש נרחב ברכיבים מרכזיים של רובוטים דמויי אדם כמו כיסויים חיצוניים, ידיים רובוטיות וחיישני מישוש. להלן חומרים מפורטים באנגלית, ממוינים ממאמרים אקדמיים ודוחות טכניים מוסמכים: 1. **תכנון ופיתוח של יד רובוטית אנתרופומורפית באמצעותחומר TPU** > **תקציר**: המאמר המוצג כאן מתיישב לפתרון המורכבות של יד רובוטית אנתרופומורפית. רובוטיקה היא כיום התחום המתקדם ביותר ותמיד הייתה כוונה לחקות פעולות והתנהגות אנושיות. יד אנתרופומורפית היא אחת הגישות לחיקוי פעולות אנושיות. במאמר זה, פורט הרעיון של פיתוח יד אנתרופומורפית עם 15 דרגות חופש ו-5 מפעילים, כמו גם נדונו התכנון המכני, מערכת הבקרה, ההרכב והייחודיות של היד הרובוטית. ליד בעלת מראה אנתרופומורפי והיא יכולה גם לבצע פונקציות אנושיות, למשל, אחיזה וייצוג מחוות ידיים. התוצאות מגלות שהיד מעוצבת כחלק אחד ואינה זקוקה להרכבה כלשהי והיא מציגה יכולת הרמת משקל מעולה, מכיוון שהיא עשויה מפוליאוריטן תרמופלסטי גמיש.חומר (TPU), והאלסטיות שלה גם מבטיחה שהיד בטוחה לאינטראקציה עם בני אדם. יד זו עשויה לשמש גם ברובוט דמוי אדם וגם ביד תותבת. המספר המוגבל של מפעילים הופך את הבקרה לפשוטה יותר ואת היד לקלה יותר. 2. **שינוי של משטח פוליאוריטן תרמופלסטי ליצירת תופסן רובוטי רך באמצעות שיטת הדפסה ארבעה-ממדית** > אחת הדרכים לפיתוח ייצור תוסף גרדיאנט פונקציונלי היא יצירת מבנים מודפסים ארבעה-ממדיים (4D) לאחיזה רובוטית רכה, המושגת על ידי שילוב של הדפסת תלת-ממד של מודל התמזגות עם מפעילי הידרוג'ל רכים. עבודה זו מציעה גישה קונספטואלית ליצירת תופסן רובוטי רך שאינו תלוי באנרגיה, המורכב ממצע מחזיק מודפס תלת-ממדי שונה העשוי מפוליאוריטן תרמופלסטי (TPU) ומפעיל המבוסס על הידרוג'ל ג'לטין, המאפשר דפורמציה היגרוסקופית מתוכנתת ללא שימוש במבנים מכניים מורכבים. > > השימוש בהידרוג'ל מבוסס ג'לטין בריכוז 20% מקנה פונקציונליות ביומימטית רובוטית רכה למבנה ואחראי על הפונקציונליות המכנית התגובתית לגירוי של האובייקט המודפס על ידי תגובה לתהליכי נפיחות בסביבות נוזליות. פונקציונליזציה ממוקדת של פני השטח של פוליאוריטן תרמופלסטי בסביבת ארגון-חמצן למשך 90 שניות, בהספק של 100 וואט ובלחץ של 26.7 פסקה, מקלה על שינויים במיקרו-ההקלה שלו, ובכך משפרת את ההידבקות והיציבות של הג'לטין הנפוח על פני השטח שלו. > > הקונספט הממומש של יצירת מבני מסרק ביו-תואמים מודפסים בתלת-ממד לאחיזה רובוטית רכה תת-ימית מקרוסקופית יכול לספק אחיזה מקומית לא פולשנית, הובלת חפצים קטנים ולשחרור חומרים ביו-אקטיביים בעת נפיחות במים. לכן, ניתן להשתמש במוצר המתקבל כמפעיל ביומימטי מופעל אוטומטית, מערכת אנקפסולציה או רובוטיקה רכה. 3. **אפיון חלקים חיצוניים עבור זרוע רובוטית דמוית אדם מודפסת בתלת-ממד עם דוגמאות ועוביים שונים** > עם התפתחות הרובוטיקה הדמואידית, נדרשים ציפויים חיצוניים רכים יותר לאינטראקציה טובה יותר בין אדם לרובוט. מבנים אוקסטיים בחומרים מטא-חומרים הם דרך מבטיחה ליצירת ציפויים חיצוניים רכים. למבנים אלה תכונות מכניות ייחודיות. הדפסה תלת-ממדית, במיוחד ייצור פילמנט התמזג (FFF), נמצאת בשימוש נרחב ליצירת מבנים כאלה. פוליאוריטן תרמופלסטי (TPU) נמצא בשימוש נפוץ ב-FFF בשל גמישותו הטובה. מחקר זה שואף לפתח כיסוי חיצוני רך עבור הרובוט ההומנואידי אליס III באמצעות הדפסה תלת-ממדית FFF עם פילמנט TPU Shore 95A. > > המחקר השתמש בפלט TPU לבן עם מדפסת תלת-ממד לייצור זרועות רובוט הומנואידיות תלת-ממדיות. זרוע הרובוט חולקה לחלקי אמה וחלקי זרוע עליונה. דוגמאות שונות (מוצק וחוזר) ועוביים (1, 2 ו-4 מ"מ) יושמו על הדגימות. לאחר ההדפסה, נערכו בדיקות כיפוף, מתיחה ודחיסה כדי לנתח את התכונות המכניות. התוצאות אישרו כי מבנה הכניסה החוזרת היה ניתן לכיפוף בקלות לכיוון עקומת הכיפוף ודרש פחות מאמץ. בבדיקות דחיסה, מבנה הכניסה החוזרת היה מסוגל לעמוד בעומס בהשוואה למבנה המוצק. > > לאחר ניתוח שלושת העוביים, אושר כי למבנה החוזר בעובי של 2 מ"מ יש מאפיינים מצוינים מבחינת תכונות כיפוף, מתיחה ודחיסה. לכן, תבנית החוזרת בעובי של 2 מ"מ מתאימה יותר לייצור זרוע רובוטית דמוית אדם מודפסת בתלת-ממד. 4. **רפידות "עור רך" TPU מודפסות בתלת-ממד מעניקות לרובוטים חוש מגע רגיש ובעלות נמוכה** > חוקרים מאוניברסיטת אילינוי אורבנה-שמפיין מצאו דרך זולה להעניק לרובוטים חוש מגע דמוי אדם: רפידות עור רכות מודפסות בתלת-ממד המשמשות גם כחיישני לחץ מכניים. > > חיישנים רובוטיים טקטיליים מכילים בדרך כלל מערכי אלקטרוניקה מורכבים מאוד והם יקרים למדי, אך הראינו שניתן לייצר חלופות פונקציונליות ועמידות בזול מאוד. יתר על כן, מכיוון שמדובר רק בתכנות מחדש של מדפסת תלת-ממד, ניתן להתאים בקלות את אותה טכניקה למערכות רובוטיות שונות. חומרה רובוטית יכולה לכלול כוחות ומומנטים גדולים, ולכן יש להפוך אותה לבטוחה למדי אם היא עומדת לתקשר ישירות עם בני אדם או לשמש בסביבות אנושיות. צפוי שעור רך ימלא תפקיד חשוב בהקשר זה מכיוון שניתן להשתמש בו הן לתאימות בטיחות מכנית והן לחישה טקטית. > > החיישן של הצוות מיוצר באמצעות רפידות המודפסות מאורתן תרמופלסטי (TPU) במדפסת תלת מימד Raise3D E2 מוכנה מהמדף. השכבה החיצונית הרכה מכסה חלק מילוי חלול, וככל שהשכבה החיצונית נדחסת, לחץ האוויר בפנים משתנה בהתאם - מה שמאפשר לחיישן לחץ Honeywell ABP DANT 005 המחובר למיקרו-בקר Teensy 4.0 לזהות רטט, מגע ולחץ גובר. דמיינו שאתם רוצים להשתמש ברובוטים בעלי עור רך כדי לסייע במסגרת בית חולים. יהיה צורך לחיטוי קבוע שלהם, או שיהיה צורך להחליף את העור באופן קבוע. כך או כך, יש עלות עצומה. עם זאת, הדפסה תלת מימדית היא תהליך ניתן להרחבה מאוד, כך שניתן לייצר חלקים הניתנים להחלפה בזול ולהרכיב ולהסיר אותם בקלות מגוף הרובוט. 5. **ייצור תוסף של רשתות פנאומטיות מ-TPU כמפעילים רובוטיים רכים** > במאמר זה, נחקר הייצור התוסף (AM) של פוליאוריטן תרמופלסטי (TPU) בהקשר של יישומו כרכיבים רובוטיים רכים. בהשוואה לחומרי AM אלסטיים אחרים, TPU מגלה תכונות מכניות עדיפות ביחס לחוזק ועיקול. באמצעות סינטור לייזר סלקטיבי, מפעילי כיפוף פנאומטיים (pneu – nets) מודפסים בתלת-ממד כמקרה מחקר רובוטי רך ומוערכים בניסוי ביחס לסטייה על רקע לחץ פנימי. דליפה עקב אטימות אוויר נצפית כפונקציה של עובי הדופן המינימלי של המפעילים. > > כדי לתאר את התנהגות הרובוטיקה הרכה, יש לשלב תיאורי חומרים היפר-אלסטיים במודלים של דפורמציה גיאומטרית שיכולים להיות - למשל - אנליטיים או מספריים. מאמר זה בוחן מודלים שונים כדי לתאר את התנהגות הכיפוף של מפעיל רובוטי רך. בדיקות חומרים מכניות מיושמות כדי לקבוע פרמטרים של מודל חומר היפר-אלסטי כדי לתאר פוליאוריטן תרמופלסטי המיוצר באופן תוסף. > > סימולציה נומרית המבוססת על שיטת האלמנטים הסופיים מוגדרת פרמטרית כדי לתאר את דפורמציה של המפעיל ומושוות למודל אנליטי שפורסם לאחרונה עבור מפעיל כזה. שני תחזיות המודל מושוות לתוצאות הניסוי של המפעיל הרובוטי הרך. בעוד שהמודל האנליטי משיג סטיות גדולות יותר, הסימולציה הנומרית מנבאת את זווית הכיפוף עם סטיות ממוצעות של 9°, אם כי הסימולציות הנומריות אורכות זמן רב יותר משמעותית לחישוב. בסביבת ייצור אוטומטית, רובוטיקה רכה יכולה להשלים את הטרנספורמציה של מערכות ייצור קשיחות לייצור זריז וחכם.