Mga Kamay na Katulad ng Tao: Ang Bagong Additive Manufacturing ay Tinutulungan ang Soft Robotics na Maging Totoo

Sa mabilis na umuunlad na tanawin ng robotics, isang bagong hangganan ang lumilitaw na nangangakong baguhin ang ating pag-unawa sa larangan: soft robotics. Ang makabagong lapit na ito ay umuusad dahil sa mga nangungunang additive manufacturing technique.

Sa artikulong ito, susuriin natin ang mundo ng soft robotics at titingnan kung paano itinutulak ng mga kamakailang pag-unlad sa additive manufacturing ang teknolohiyang ito pasulong.

Ano ang Soft Robotics?

Ang soft robotics ay sinusubukang magpakilala ng mga teknolohiyang mas kahawig ng pisikal na katangian ng mga buhay na organismo, pinapalitan ang matigas na galaw na karaniwang iniuugnay sa mga robot. Itinuturing itong anyo ng biomimicry kung saan ang tradisyonal na linear at matigas na katangian ng robotics ay iniiwan upang magbigay daan sa mas sopistikadong mga modelo, na ginagaya ng soft robotics ang buhay ng tao, hayop, at halaman.

Tinantiya ng mga mananaliksik na ang soft robotics market ay magiging isang napakalaking oportunidad sa hinaharap, na ang laki ng merkado ay lalaki mula higit sa US$770 milyon noong 2022 hanggang halos US$22 bilyon pagsapit ng 2030. Ibig sabihin nito ay isang fenomenal na paglago na halos 75% CAGR.

Ayon sa Harvard Biodesign Lab, na tumutulong maunawaan ang teknolohiya ng soft robotics bilang mga fluidic actuator na may elastomeric matrix na may nakapaloob na mga flexible na materyales tulad ng tela, papel, hibla, at mga particle, ang soft robotics ay magiging popular dahil sa kanilang magaan, abot-kayang presyo, at madaling i-customize para sa isang partikular na aplikasyon.

Ilang Mga Aplikasyon ng Soft Robotics

Ayon sa Harvard Biodesign Lab, mayroong apat na milyong chronic stroke survivors na may hemiparesis sa US ngayon at karagdagang anim na milyong sa iba pang mga maunlad na bansa sa buong mundo. Madalas na nawawalan ng kakayahang motor ng kanilang mga kamay ang mga survivor na ito. Maaaring makatulong ang Soft Robotics sa kanila sa pamamagitan ng pagbuo ng modular, ligtas, portable, consumable, at home hand rehabilitation at assistive device.

Sa United States, ang panghabang-buhay na panganib ng pagkakaroon ng heart failure ay halos 20%. Sa paggamit ng teknolohiya sa likod ng soft robotics, ang Lab ay bumubuo ng isang benchtop cardiac simulator at isang Direct Cardiac Compression (DCC) device na makakatulong gamutin ang heart failure.

Sa lahat ng mga kapaki-pakinabang na aplikasyon na ito at marami pang iba, maaaring gumanap ang Soft Robotics ng mahalagang papel sa rehabilitasyon ng pasyente at pagpapabuti ng kalidad ng buhay sa buong mundo. Anumang teknolohiya na tumutulong itaguyod ang layunin ng soft robotics ay – samakatuwid – positibo. Tatalakayin natin ngayon ang ilang mga teknik sa pagmamanupaktura.

3-D Printing o Additive Manufacturing Technology sa Soft Robotics

3D printing, kilala rin bilang additive manufacturing, ay tungkol sa pagbuo ng tatlong-dimensional na mga bagay mula sa isang digital na file. Tinatawag itong additive manufacturing dahil sa likas nitong proseso ng pagbuo.

Sa additive process ng pagmamanupaktura, ang isang bagay ay binubuo sa pamamagitan ng paglalagay ng sunud-sunod na mga patong ng materyal hanggang makamit ang panghuling hugis at anyo ng ninanais na bagay.

Ang bawat isa sa mga patong na ito ay walang iba kundi manipis na hiwa ng nais na bagay. Ang additive manufacturing ay naiiba sa tradisyonal na subtractive manufacturing, kung saan ang mga bahagi ng nais na hugis at sukat ay inaalis mula sa isang malaking bloke ng pinagmulan na materyal.

Karaniwang kinabibilangan ng 3D printing o additive manufacturing ng isang 3D model, isang 3D software, at isang 3D printer. Ang proseso ay nakahanap na ng mga aplikasyon sa paggawa ng consumer products, industrial products, dental products, prosthetics, architectural scale models at maquettes, reconstructed fossils, replicas ng sinaunang artifacts, reconstructed evidence sa forensic psychology, movie props, at marami pang iba.

Ngayon, ito ay nakahanap ng gamit sa mas sopistikadong larangan ng soft robotics. Ang ETH Zurich at isang US-based startup na Inkbit ay nagsanib-puwersa upang magawa ito.

Habang ang Inkbit ay isang MIT spin-off, ang University of Science and Technology ng ETH Zurich ay nagmula pa noong 1855, “nang itinatag ng mga tagapagtatag ng modernong Switzerland ito bilang isang sentro ng inobasyon at kaalaman.”

Mag-click dito upang matutunan ang lahat tungkol sa pamumuhunan sa 3D Printing/additive manufacturing.

Ang Teknolohiya nang Detalye

Ang Pagsulong

Ang pagsulong na naabot ng pananaliksik ng ETH Zurich at Inkbit ay ang pagpapalawak ng saklaw ng mga materyales na maaaring gamitin sa additive manufacturing o 3D printing. Habang dati, limitado lamang ang teknolohiya sa mabilis na pag-cure ng mga plastik, ngayon ay angkop na rin ito para sa mga mabagal na pag-cure na plastik. Maraming benepisyo ang hatid ng pagpapalawak na ito.

Ang Mga Benepisyo

• Ang mga mabagal na pag-cure na plastik ay may pinahusay na katangiang elastiko.
• Mas matibay at matatag ang mga ito.
• Ang mga mabagal na pag-cure na plastik ay nagbibigay-daan upang mag-3D print ng kumplikado at mas matibay na mga robotic element.
• Ang teknolohiya ay compatible sa iba’t ibang mataas na kalidad na materyales
• Ang pagpapalawak ng saklaw ay nagpapadali sa pagsasama ng malambot, elastiko, at matigas na mga materyales.

At sa huli,

• Natugunan nila ang pangangailangan na lumikha ng mga delikadong istruktura at bahagi na may mga cavity kung kailan at saan kinakailangan.

Ang Aplikasyon

Sa pamamagitan ng mga mabagal na pag-cure na plastik, naging posible ang pagsasama ng mga benepisyo ng soft robotics at additive manufacturing at lumikha ng isang sinerhiya na makikinabang sa sangkatauhan sa mahabang panahon.

Ang mga mananaliksik sa ETH Zurich ay matagumpay na nakabuo ng isang robotic hand na may lahat ng katangian ng pisyolohiya ng tao, tulad ng mga buto, litid, at tendon. Bagaman gawa sa iba’t ibang polymer, ang panghuling produkto ay maaaring gawin nang sabay-sabay.

Ayon sa mga mananaliksik, hindi ito magiging posible kung hindi nila naisama ang mga mabagal na pag-cure na polymer. Ayon kay Thomas Buchner, isang doctoral student sa grupo ng ETH Zurich robotics professor Robert Katzschmann at unang may-akda ng pag-aaral:

“Gumagamit na kami ngayon ng mga mabagal na pag-cure na thiolene polymer. Ang mga ito ay may napakagandang katangiang elastiko at bumabalik sa kanilang orihinal na estado nang mas mabilis pagkatapos ng pagbaluktot kumpara sa polyacrylates.”

Ang pagsasama ng mga thiolene polymer ay nagbago ng laro sa paggawa ng kamay alinsunod sa mga prinsipyo ng soft robotics. Dahil ang robotic hand ay kasing lambot ng tunay na kamay ng tao, mas kaunti ang panganib ng pinsala at mas mahusay itong humawak ng mga marurupok na bagay.

Upang maisama ang soft robotics at additive manufacturing sa iisang proseso, kinailangan ng mga mananaliksik na magpakilala ng ilang pagbabago sa teknolohiya ng 3D printing. Nagdagdag sila ng 3D laser scanner sa pag-print, na agad na nasusuri ang bawat naka-print na patong para sa posibleng mga irregularidad sa ibabaw.

Nagpakilala din ang mga mananaliksik ng feedback mechanism upang mapunan ang mga irregularidad na ito. Ang mekanismong ito ay tumutulong sa paggawa ng kinakailangang pag-aayos sa isang patong, isinasaalang-alang ang hindi pagkakapantay-pantay, kung mayroon man, ng nakaraang patong.

Humingi ng tulong ang ETH Zurich sa Inkbit, ang US-based startup, upang paunlarin ang teknolohiyang ito sa pag-print.

Inkbit: Ang Startup sa Teknolohiyang Pag-print

Itinatag noong 2017 nina Davide M. Marini, Javier Ramos, at Wojciech Matusik, ang Inkbit ay isang Series B startup na nakabase sa Medford, Massachusetts, United States. Layunin ng kumpanya na lumikha ng next-generation additive manufacturing platform na pinagsasama ang 3D printing at machine vision. Patuloy na nag-iinnovate at nagde-develop ng mga bagong solusyon sa larangan ng 3D printing ang kumpanya. Halimbawa, noong kalagitnaan ng Nobyembre ngayong taon, ipinakita nila ang single-print fabrication ng mga kumplikado at multi-functional na sistema at robot.

Isang linggo bago iyon, ipinakilala ng kumpanya ang TEPU 50A, isang bagong soft-medium durometer elastomer.

May ilang iba pang mga manlalaro sa espasyo na pinaglilingkuran ng Inkbit. Lahat sila ay nagsusumikap itulak ang pag-unlad ng soft robotics sa pamamagitan ng mga bagong teknik sa additive manufacturing.

Mga Kumpanya na may Transformative Additive Manufacturing Techniques upang Tulungan ang Pag-unlad ng Soft Robotics

#1. Flashforge

Kamakailan, isang 3D-printed modular soft gripper na may lubos na conformal na soft grippers ang binuo. Ang mga daliri ay binubuo ng positive-pressure soft pneumatic actuators kasama ang isang mechanical metamaterial. Ang metamaterial ay nag-integrate ng isang soft auxetic structure at compliant ribs. Ang 3D printer na ginamit sa proseso ay isang low-cost, open-source fused deposition modeling 3D printer mula sa FlashForge Corporation.

Itinatag noong 2011, ang Zhejiang Flashforge 3D Technology Co., LTD ay isa sa mga unang propesyonal na kumpanya sa China na gumagawa ng 3D printing equipment at materyales na R&D at manufacturing.Flashforge ang mga produkto ay napupunta sa halos 100 bansa at rehiyon sa buong mundo.

Nakabuo ito ng higit sa 600 brand dealers sa higit sa 50 bansa at rehiyon sa loob at labas ng bansa.

Ang FlashForge USA ay nakatuon sa pagpapalawak ng accessibility ng 3D printing sa mga institusyon, arkitekto, inhinyero, designer, industriyal na gumagamit, at sa malawak na consumer at prosumer market.

Tinatayang ang Flashforge ay may kita na higit sa US$15 million, habang ang FlashforgeUSA ay may higit sa US$7 million.

#2. NinjaTek

Sa gitna ng maraming solusyon nito, ang Cheetah® 3D Printer Filament ng NinjaTek ay ginamit upang lumikha ng flexible, mukhang buhay na mga buto para sa prosthetic na kamay. Ang disenyo ng daliri ay nangangailangan ng pag-embed ng flexible na 3D-printed na buto sa isang silicone mold upang lumikha ng realistic na balat na tekstura at pataasin ang tibay at lakas ng mga daliri. Natagpuan ng pangkat ng mga mananaliksik na responsable sa pagdidisenyo at pag-develop ng kamay na napaka-kapaki-pakinabang ang semi-flexible Cheetah TPU filament ng NinjaTek sa pagdidisenyo ng prosthetic na bahagi.

NinjaTek ay bahagi ng Fenner Precision Polymers. Gumagawa ito ng espesyal na filament para sa mga end-user sa industriyang 3D printing. Ang kumpanya ay ngayon ay isang Michelin Group Company.

Michelin Group ay nagrehistro ng higit sa 28.5 bilyong Euro na kita noong 2022, kumpara sa kita na halos 24 bilyong Euro noong 2021. Ang operating income ng kumpanya bilang porsyento ng kanyang kita ay halos 12% noong 2022.

#3. Fictiv

Isa pang pangunahing manlalaro sa larangang ito ay ang Fictiv, isang kumpanya na nag-aalok ng komprehensibong hanay ng 3D printing services at nagpapakita ng matibay na pangako sa pagpapalago ng soft robotics. Ang kanilang kadalubhasaan ay lubos na hinahangad, kung saan malalaking med-tech na kumpanya tulad ng Medtronic ay gumagamit ng mga makabagong serbisyo ng Fictiv.

Naniniwala ang Fictiv na ang soft robots ay mas adaptable at flexible. Maaari nitong “mas mahusay na maunawaan ang iba’t ibang disenyo ng hawakan at iangkop ang galaw nito nang naaayon.” Nakikita rin nila ang soft robots bilang mas “pneumatically actuated upang hawakan ang mga bagay, na nagpapahintulot sa madaling pagdagdag ng suction capabilities.”

Noong Mayo 2022, inanunsyo ng Fictiv ang pagsasara ng $100 milyong Series E funding round. Pinamunuan ito ng Activate Capital, kasama ang mga bagong mamumuhunan tulad ng Angeleno Group, Cross Creek, at The Westly Group. Ang iba pang institutional investors ng Fictiv ay kinabibilangan ng Accel, Bill Gates, G2 Venture Partners, at Standard Investments. Ang Series E funding ay nagdala ng kabuuang pamumuhunan sa Fictiv sa US$192 milyon mula nang magsimula ito ng operasyon noong 2013.

3-D Printing o Additive Manufacturing Technology sa Soft Robotics: Ano ang Hinaharap

Ang 3D printing o additive manufacturing ay magiging isang susi na teknolohiya sa soft robotics dahil sa mataas nitong kalidad at kakayahang mag-print ng maraming materyales sabay-sabay.

Ang mga soft robot ay gawa sa mga fluid, gel, functional polymers, at iba pang madaling ma-deform na materyales, na tumutulong sa robotic solution na manatiling operational kahit na ito ay iniunat at pinipiga. Mahalaga, ang mga materyales na ito ay compatible sa kasalukuyang 3D printing o additive manufacturing technologies, na hindi lamang mas mabilis kundi mas mapagkakatiwalaan din. Gayunpaman, upang maging pangkalahatang adaptable, kailangan nilang pagbutihin ang kanilang scalability.

Isa pang benepisyo ng mga bagong additive manufacturing technologies ay ang kanilang mataas na espesipikidad at kakayahang mag-print ng pinaka-komplikadong mga hugis.

Ang mga bagong teknik sa additive manufacturing ay kapaki-pakinabang din pagdating sa paglalagay ng mga power source, na bahagi ng karamihan sa mga bagong binuong soft robot. Higit pa rito, ang mga bagong 3D printing technique ay tumutulong na matalinong ilagay ang mga ito sa loob ng mga soft robotic structures.

Sa kabilang banda, ang kasalukuyang magagamit na 3D printable soft materials ay may malaking tendensiya na mag-deform sa ilalim ng karaniwang ginagamit na puwersa sa proseso ng pagbuo dahil sa kanilang sariling bigat, na nangangailangan ng pagdaragdag ng support material. Ang hamong ito ay nagtatampok ng isang larangan na handa para sa karagdagang pag-unlad. Bilang tugon, lumitaw ang isa sa mga solusyon sa anyo ng viscoelastic hydrogels, na kayang tiisin ang presyon mula Kilopascals hanggang Megapascals.

Kamakailan, isang research group ang matagumpay na nakabuo ng omnidirectional technique na maaaring mag-print ng napaka-soft na mga materyales tulad ng likido na maaaring mapanatili sa lugar sa pamamagitan ng polymerization sa susunod na yugto.

Isa pang research team, na binubuo ng mga estudyante ng Delft University of Technology, ay nagpakilala ng isa pang kapanapanabik na tampok. Nakapag-develop ito ng mga 3D printing technologies na maaaring mag-cast ng silicones sa 3D-printed shells. Ang teknik ay mababa ang gastos at makakatulong sa soft robotics na maabot ang bagong taas sa hinaharap.

Sa patuloy na pananaliksik at mga siyentipikong pag-aaral sa paksa, ang additive manufacturing ay tutulong sa soft robotics na maging napakahalaga sa larangan ng medisina at agham pangkalusugan. Nakapag-develop na ito ng soft robotic 3D-printed gloves na kapaki-pakinabang para sa mga may limitadong kakayahan ng kamay, lokal na paralisis, at arthritis.

Nagawa rin ng mga siyentiko ang paggawa ng prosthetic hands at 3D-printed soft robots na may apat na paa na maaaring maglakad sa hindi pantay-pantay at magaspang na mga ibabaw tulad ng mga bato at buhangin.

Bukod sa kanilang gamit sa medikal at rehabilitasyon ng kalusugan, ang mga ganitong soft robot ay maaaring makatulong sa mga rescue operation o magamit upang mangolekta ng sensor data mula sa mapanganib na kapaligiran.

Sa kabuuan, ang mga oportunidad na hatid ng mga bagong additive manufacturing technique sa pagpapalago ng soft robotics ay napakalaki. Kailangan lamang itong lumabas mula sa laboratoryo para sa malawakang paggamit para sa kapakanan ng publiko.

Mag-click dito para sa sampung nangungunang additive manufacturing at 3D printing stocks.