Premio per l’innovazione: Robot morbidi stampati in 3D su misura
Laboratorio di robotica e design di ispirazione biologica – Singapore University of Technology and Design I Washington State University I University of Colorado Denver I Pablo Valdivia y Alvarado I Narasimha Boddeti I Tien Van Truong I Vincent S. Joseph I Thileepan Stalin I Theo Calais I Shien Yang Lee I Martin L. Dunn Le proprietà dei materiali e le strutture composite giocano un ruolo chiave nella personalizzazione delle prestazioni dei dispositivi funzionali stampati in 3D come i Soft Robot. Sfortunatamente, gli attuali approcci di progettazione (cioè CAD tradizionale) e fabbricazione limitano la complessità e la funzionalità ottenibili in queste due categorie e ostacolano le prestazioni di dispositivi o prodotti funzionali stampati in 3D.Questo progetto adotta un approccio a livello di sistema che consente un design innovativo e la fabbricazione diretta di nuove strutture composite morbide. Il processo utilizza l’ottimizzazione della topologia computazionale per determinare la struttura composita 3D richiesta di corpi morbidi iperelastici.
Progettazione
Come esempio di applicazione, le figure a destra mostrano la progettazione di un robot tipo Soft Batoid (TOP) e la progettazione della struttura composita 3D ottimale per pinne che consentono elevate prestazioni propulsive (BOTTOM).
fabbricazione
La fabbricazione diretta delle strutture composite morbide utilizzando un flusso di lavoro di fabbricazione all-in-one con polimeri di silicone resilienti consente una precisa personalizzazione delle proprietà meccaniche. Applicando questo approccio alla progettazione e alla fabbricazione di un robot morbido sottomarino ispirato ai batoid, vengono dimostrati significativi miglioramenti delle prestazioni di nuoto. Le immagini sottostanti mostrano il processo di fabbricazione della pinna tramite Direct-Ink-Writting (DIW) e la stampa 3D incorporata (LEFT & CENTER) e un dettaglio delle caratteristiche fini della struttura composita 3D della pinna (RIGHT).
Gli approcci di progettazione e fabbricazione sviluppati per questo progetto si completano a vicenda in un modo innovativo per fornire un grado più elevato di personalizzazione e funzionalità nei dispositivi funzionali stampati in 3D a base di silicone. Il nostro approccio di progettazione computazionale consente l’ottimizzazione della distribuzione delle proprietà del materiale per ottenere la cinematica del corpo desiderata a un nuovo livello di complessità. Le distribuzioni dei materiali richieste vengono tradotte in strutture composite morbide equivalenti e la cinematica del robot su misura risultante consente prestazioni non ottenibili utilizzando approcci di fabbricazione tradizionali.
Risultati
Un prototipo composito ottimizzato (immagini SOTTO) mostra velocità di nuoto del 50% più veloci, velocità di virata più veloci del 28% e raggi di virata più piccoli del 55% rispetto ai prototipi di riferimento non ottimizzati.
