Mababang Gastos na 3D-Printed na Robot na Gumagana nang Walang Elektroniks

Sa mundo ng paggawa ng robot, ang pangarap na lumikha ng mga makina na handang gamitin agad mula sa linya ay ilang taon pa ang layo, o kahit noon ay ganoon pa. Isang pangkat ng mga Mananaliksik sa University of California ang kamakailan lamang nagpasabog sa merkado matapos ilabas ang mga detalye ng isang bagong pamamaraan ng paggawa at disenyo ng robot na hindi nangangailangan ng kuryente at handang gamitin kaagad mula sa printer. Narito ang kailangan mong malaman tungkol sa 3D printed na mga robot.

Paano Ginagawa ang mga Robot? Pagsusuri sa Modernong Mga Pamamaraan ng Paggawa ng Robot

Maraming iba’t ibang uri ng robot at mas marami pang paraan upang likhain ang mga aparatong ito. Ang tradisyunal na mga robot ay maaaring itayo sa mga linya ng pag-assemble at maaaring mangailangan ng maraming hakbang upang mabuo at mapatakbo. Halimbawa, maaaring may isang tagagawa na gumagawa ng katawan, habang ang iba naman ay gumagawa ng mga elektronikong bahagi, baterya, controller, at iba pang pangunahing sangkap.

Ano ang Mga Malambot na Robot? Mga Benepisyo at Totoong Paggamit

Mga malambot na robot ay isa pang uri ng makina na hindi na gumagamit ng matigas na exoskeleton na makikita sa tradisyunal na mga robot. Sa halip, gumagamit ang mga malambot na robot ng alternatibong mga materyales tulad ng silicone at mga disenyo na nagpapahintulot sa kanila na baguhin ang kanilang hugis. Ang pangunahing mga benepisyo ng mga malambot na robot ay ang kanilang kakayahang magsagawa ng manipulasyon, makatawid sa kumplikadong kapaligiran, at magbigay ng ligtas na pakikipag-ugnayan sa mga tao.

Mga Pagsulong sa 3D Printing ng Mga Malambot na Robot gamit ang Fluidic Circuits

Nagdulot ang pangangailangan para sa mga malambot na robot ng ilang pag-upgrade sa mga proseso ng paggawa. Ang mga kamakailang breakthrough sa 3D printing ay nagbigay-daan sa mga inhinyero na magdisenyo ng mga malambot na robot na mas may kakayahan sa isang beses na pag-print. Ang pinaka-advanced na mga pamamaraan ng paggawa ng malambot na robot ngayon ay nagpapababa ng komplikasyon ng mga ito.

Upang maisakatuparan ang gawaing ito, ginagamit ang mga pneumatic circuit na sinasamantala ang nonlinear na tugon ng materyales. Ang paggamit ng fluidic control circuits ay nagbibigay-daan sa mga inhinyero na gumawa ng mas maraming aparato sa isang lokasyon. Kapansin-pansin, ang mga inhinyero ng proyektong ito ay mahalaga rin sa iba pang mga gawain, kabilang ang paglikha ng 3D-printed na robotic gripper at crawler na may nakapaloob na control circuits.

Mga Hamon sa 3D Printing at Pag-assemble ng Mga Malambot na Robot

Marami pa ring problema ang kinahaharap ng sektor ng paggawa ng malambot na robotika. Una, ang mga cast molding system ay nagbibigay-daan sa paggawa ng mga bahagi, ngunit ang pagkontrol sa mga yunit ay nangangailangan pa rin ng karagdagang mga sangkap. Bukod pa rito, ito ay magastos, nangangailangan ng maraming paggawa, at hindi madaling ma-access ng karamihan.

Sa maraming pagkakataon, isang komplikadong sistema ng mga bomba, balbula, at iba pang elektronikong kailangang ikonekta sa katawan sa pamamagitan ng hiwalay na board gamit ang mga kable upang makamit ang anumang anyo ng kontroladong paggalaw. Ang pangangailangang ikabit ang boot ay nag-aalis ng mga benepisyo nito at nililimitahan ang kakayahan ng malambot na robot, tulad ng pag-navigate sa masisikip na espasyo o kapaligiran.

Bagong Pag-aaral Nagbubunyag ng Ganap na 3D-Printed, Walang Elektronikong Robot na Nakakalakad

Ang pag-aaral na “Monolitikong Desktop Digital Fabrication ng Autonomous Walking Robots,”¹ na inilathala sa journal na Advanced Intelligent Systems, ay naglalahad kung paano nag-develop ang mga inhinyero ng ganap na 3D-printed, walang elektronikong robot na may anim na paa na maaaring maglakad kaagad pagkatapos i-print. Higit pang kahanga-hanga ang katotohanang ang aparato ay pinapagana lamang ng isang patuloy na pinagmumulan ng presyon ng hangin.

Ang pag-aaral ay rebolusyonaryo sa maraming kadahilanan. Una, ito ay naglalahad nang detalyado kung paano nalampasan ng mga inhinyero ang mga hamon ng 3D printing ng isang saradong balbula. Sa ulat, matagumpay na naabot ng koponan ang paggalaw ng robot mula sa printer gamit ang symmetric oscillation sa pamamagitan ng mga air-powered phase delay valves.

Paano Pinapagana ng Desktop 3D Printers ang Ganap na Functional na Malambot na Robot

Kapansin-pansin, ginamit ng mga inhinyero ang isang off-the-shelf, komersyal na magagamit na 3D desktop printer upang lumikha ng mga malambot na bahagi na may kumplikadong geometry na nangangailangan ng kaunting paggawa ng tao. Ang mga inhinyero ay nagsaliksik ng ilang mga materyales. Sila pa nga ay nakipagtulungan sa korporasyong BASF sa pamamagitan ng California Research Alliance (CARA) upang subukan kung aling mga materyales ang pinakamainam para sa paggawa ng balangkas, artipisyal na kalamnan, at isang control system ng anim na paa na robot ng koponan.

Pinagmulan UC San Diego

Isang 3D-Printed na Robot na Nakakalakad na Gumagana Kaagad Mula sa Printer

Ang robot na nakakalakad na na-print ng koponan ay kayang maglakad nang mag-isa nang walang anumang elektronikong bahagi. Sa halip, ito ay umaasa sa compressed air at isang network ng mga balbula na nagbubukas at nagsasara batay sa pagbabago ng presyon upang igalaw ang anim nitong paa. Kapansin-pansin, ang likha ng koponan ay maaaring makatawid sa magaspang na teritoryo, walang tali, gamit lamang ang isang compressed gas cartridge bilang pinagmumulan ng enerhiya.

Mga Paa ng Robot

Isa sa mga natatanging aspeto ng off-the-shelf na robot ay ang disenyo ng mga paa nito. Ang anim na paa ay na-print gamit ang komersyal na magagamit na 3D-printing filament. Ang bawat paa ay nag-iintegrate ng malambot, printable, antagonistic pneumatic actuators. Ang setup na ito ay nagbibigay sa bawat paa ng apat na antas ng paggalaw. Ang bawat paa ay maaaring umakyat, bumaba, pasulong, at paatras.

Upang lumikha ng galaw na paglakad, kailangang ikonekta ang mga paa sa anumang anyo ng pinapasingaw na hangin o likido. Sa ilalim ng patuloy na presyon, isang set ng mga paa ay yumuyuko pababa, itinaas ang katawan nang mas mataas at tumutulong sa bot na malagpasan ang magaspang na teritoryo. Kasabay nito, ang isa pang set ng mga paa ay bahagyang tataas. Mula roon, ang huling set ng mga paa ay yumuyuko pababa at patungo sa likod upang lumikha ng pag-usog pasulong. Ito ay nagdudulot sa harapang mga paa na yumuko pababa, na kumukumpleto sa isang cycle ng hakbang.

Malambot na Aktuwador

Kapansin-pansin, nagagawa ng aparato ang gawaing ito dahil sa integrasyon ng mga nakapaloob na fluidic circuits sa katawan ng robot. Ang pag-print ng mga aparatong ito ay mas mahirap kaysa sa inaasahan. Kinailangan ng mga inhinyero ng malaking pagsisikap upang matukoy ang pinakamahusay na paraan ng pag-print ng mga airtight na bahagi tulad ng mga aktuwador, balbula, at sensor.

Pneumatic Oscillating Circuit

Sa core ng disenyo ng susunod na henerasyon ng malambot na robot ay isang printable fluidic oscillator circuit. Ang circuit na ito ay lumilikha ng apat na cyclic output pressure signals, na mahalaga. Kamangha-mangha, ginawa ito ng mga inhinyero upang maisakatuparan ang gawain gamit lamang isang pressure input.

Nadetermina nila na ang monolitikong 3D-printable na four-phase bistable oscillating valve ay ang pinakamahusay na solusyon. Ang kanilang custom-built na oscillating valve ay nag-iintegrate ng anim na estado sa isang working cycle. Upang maisakatuparan ang gawaing ito, ginagamit nito ang mekanikal na galaw ng mga inner membranes at valve channels upang manipulahin ang mga threshold, na lumilikha ng pagbabago ng estado dahil sa unti-unting pagbabago ng presyon.

Bawat balbula ay nagdidirekta ng daloy ng hangin sa susunod na yugto ng proseso kapag naabot ang mga limitasyon ng presyon. Nakakatuwang, nang tanungin kung paano nabuo ng koponan ang konseptong ito, sumagot sila na ang disenyo ay inspirasyon mula sa mga unang locomotive steam engine.

Gaano Katibay ang isang 3D-Printed na Robot? Ipinakita ang Mga Resulta ng Pagsusuri

Nagsimula ang yugto ng laboratory testing ng malambot na robot sa isang open-air monitoring process. Sa hakbang na ito, itinataas ang robot at inilapat ang presyon ng hangin. Ang koponan ay nagtala ng eksaktong mga galaw na ginawa ng robot at kung paano ito makakaapekto sa paggalaw kung ang robot ay nasa lupa. Matapos irekord ang galaw ng mga paa sa hangin, nagawang i-adjust ng koponan ang disenyo upang lumikha ng natatanging pattern ng paglakad.

Ang susunod na pagsusuri ay upang makita kung paano gumagana ang robot gamit lamang ang presyon ng hangin. Sinubukan ng koponan ang electronics-free na operasyon ng robot gamit ang 16-g CO2 cartridge na may mechanical regulator na nakatakda sa 20 psi. Naitala nila na nakakuha sila ng humigit-kumulang 80 segundo ng operasyon mula sa setup na ito.

Pagsusuri ng Lifetime

Sunod, sinuri ang tibay sa pamamagitan ng mga lifecycle. Ang koponan ay nagtuon sa pagsusuri ng isang balbula upang makuha ang pinakamalalim na detalye. Bilang bahagi ng pagsusuri, inilapat ang patuloy na presyon at naitala ang mga epekto nito. Naitala nila na ang oscillating valve ay gumana ng 19,809 na cycle bago ito tuluyang nabigo.

Mga Resulta ng Pagsusuri sa 3D-Printed na Robot

Ipinakita ng laboratory test ang ilang kahanga-hangang resulta. Una, ang robot na nilikha ng koponan ay kayang makatawid sa malawak na hanay ng teritoryo. Ang bot ay matagumpay na nakatawid sa damuhan, buhangin, at iba’t ibang mahihirap na teritoryo, kabilang ang ilalim ng tubig.

Nakakatuwang, naglakad ang robot ng 85cm sa loob ng 21 segundo sa bilis na 4cm bawat segundo sa mga pagsubok sa makinis na ibabaw. Ipinakita ng pagsusuri na ang pag-angat ng mga paa sa unang sunod-sunod ng hakbang ay tumulong sa bot na magkaroon ng sapat na pag-angat upang makapaglakbay sa magaspang na kapaligiran.

Ipinapakita ng durability test na ang mga aparato ay maaaring gumana nang walang tigil sa loob ng tatlong araw na sunod-sunod. Dagdag pa, natuklasan ng koponan na ang pangunahing mahina na punto ng disenyo ay ang apat na membrane sa oscillating valve. Ang pagtuklas na ito ay hindi isang malaking sorpresa dahil ito ang mga komponent na sumasailalim sa pinakamaraming presyon ng hangin, paulit-ulit na puwersa, at pagbaluktot sa loob ng sistema.

Mga Benepisyo ng 3D Printing ng Mga Malambot na Robot na Walang Elektroniks

Maraming benepisyo ang ibinibigay ng pag-aaral sa 3D printed na mga robot. Una, ang mga aparatong ito ay maaaring i-print gamit ang karaniwang desktop 3D solution. Ang pamamaraan na ito ay nangangahulugang ang mga yunit ay madaling ma-access ng karaniwang tao o negosyo. Handang gamitin agad mula sa printer at hindi nangangailangan ng interaksyon ng tao o post-print na paglilinis upang maging operational.

Bakit ang mga 3D-Printed na Robot na Walang Elektroniks ay Isang Game Changer

Tiyak na isa sa mga pinaka-cool na aspeto ng proyekto ay ang desisyon na alisin ang pangangailangan para sa elektronik. Ang kakayahan ng mga boot na ito na gumana nang walang elektronik ay nangangahulugang sila ay malinaw na solusyon para sa mga kapaligiran na hindi elektronik-friendly.

Ang mga siyentipikong pag-aaral tungkol sa kalawakan, o sa paligid ng mga lugar na may mataas na radiation o magnetic fields, ay pangunahing halimbawa kung saan magiging kapaki-pakinabang ang mga aparatong ito. Dagdag pa, ang mga ilalim-tubig na kapaligiran ay palaging naging problema para sa tradisyunal na elektronik dahil sa mga limitasyon ng mataas na presyon.

Low-Cost Robotics: Paano Ginagawang Mas Mura ang mga Robot sa Pamamagitan ng 3D Printing

Bukas ng pag-aaral na ito ang pinto para sa pag-print ng super-mababang-gastos na mga robot. Ang aparato na nilikha ng mga inhinyero ng koponan ay nagkakahalaga ng humigit-kumulang $20. Bagaman ito ay maaaring maglakad lamang, ang mga susunod na disenyo ay maaaring makatulong sa iyo na maisakatuparan ang mga pangunahing gawain nang hindi nagpapataas ng iyong bill sa kuryente o gastos sa paggawa.

3D-Printed na Robot: Totoong Paggamit at Kailan Ito Asahan

May ilang aplikasyon para sa mga robot na walang elektronik. Ang mga aparatong ito ay maaaring ipadala upang magsagawa ng mahalagang surveillance sa mga mapanganib o mapanganib na lugar. Ang bentahe ng pamamaraang ito ay maaaring ihulog ang printer sa lokasyon at lumikha ng mga robot sa site. Ang estratehiyang ito ay magpapadali sa transportasyon.

Ang datos na nakapaloob sa pag-aaral ng mga malambot na robot ay maaaring magdala sa mabilis na pag-deploy ng mababang-gastos, matibay na yunit sa mga kapaligiran kung saan nabibigo ang tradisyunal na elektronik, tulad ng mga lugar na may matinding radiation, mga disaster zone, o kahit ibang planeta. Dahil sa kasimplehan at abot-kayang disenyo, maaaring lumitaw ang praktikal na aplikasyon sa susunod na 3 hanggang 5 taon.

Kilalanin ang Koponan sa Likod ng Electronics-Free na 3D-Printed na Robot

Ang pag-aaral sa 3D printed na robot ay ginanap sa University of California, San Diego. Ang mga pangunahing may-akda ay sina Yichen Zhai, Jiayao Yan, at Michael T. Tolley. Nakalista rin sa papel sina Albert De Boer, Martin Faber, Rohini Gupta, at ang BASF California Research Alliance bilang mga nag-ambag sa gawain. Dagdag pa, ang pag-aaral ay bahagyang pinondohan ng National Science Foundation.

Kapansin-pansin, ang koponang ito ay mahalaga sa pag-unlad ng teknolohiyang malambot na robotika. Ipinakilala ng grupo ang isang electronics-free na robotic gripper noong 2022. Ang karanasang ito ay tumulong sa kanila na lumikha ng susunod na henerasyon ng mga elektronik-free na aparato. Ngayon, ang kanilang layunin ay maghanap ng mga paraan upang ilipat ang imbakan ng compressed gas sa loob at magsaliksik ng mas biodegradable na mga materyales.

Mga Nangungunang Kumpanya na Nagpapaunlad ng 3D Printing at Soft Robotics

Tumataas ang paggamit ng mga robot sa tahanan at negosyo. Dahil dito, may matinding pangangailangan na mangibabaw sa pamilihang ito. Kapansin-pansin, ang mga pamilihan ng robotics at 3D printing ay may maraming pangunahing manlalaro. Ang mga kumpanyang ito ay nag-invest ng bilyon sa R&D upang lumikha ng gumaganang susunod na henerasyon na mga aparato.  Narito ang isang kumpanya na patuloy na nag-iinnovate at naghahatid.

3D Systems Corporation

Ang 3D Systems Corporation (DDD ) ay pumasok sa merkado noong 1986 at nakabase sa California. Ang paunang layunin nito ay mag-alok ng susunod na henerasyon na mga serbisyo sa 3D printing para sa komersyal na kliyente. Bilang isang pioneer sa 3D printing, ang kumpanya ay mahalaga sa prototyping at iba pang kritikal na komponent para sa aerospace, automotive, healthcare, entertainment, at industrial na mga pamilihan.

Sa kasalukuyan, ang 3D Systems ay nasa unahan ng pagpapalawak ng additive manufacturing technologies, kabilang ang mga aplikasyon sa robotics. Ang kumpanya ay may higit sa 1,925 na empleyado at nag-ulat ng $488M na kita noong 2023. Dagdag pa, ang kumpanya ay nagtatag ng isang strategic partnership sa Daimler Buses upang magbigay ng lokal na 3D printers na makakalikha ng mga spare parts.

Pinakabagong Balita sa 3D Systems Corp.

3D-Printed na Robot

Ang mga pag-unlad na ito ay kumakatawan sa isa pang hakbang pasulong sa ebolusyon ng soft robotics. Sa pamamagitan ng pag-alis ng pangangailangan para sa elektronik at pagpapahintulot ng ganap na functionality direkta mula sa isang desktop 3D printer, binubuksan ng pananaliksik na ito ang daan para sa abot-kayang, matibay, at madaling i-deploy na mga makina sa mga kapaligiran kung saan ang tradisyunal na mga robot ay kulang.  Habang patuloy ang pag-unlad, ang mga posibleng aplikasyon—mula sa disaster relief hanggang sa paggalugad ng kalawakan—ay napakalawak at nakaka-inspire. Isang matinding saludo sa mga inhinyerong ito para sa kanilang pagsusumikap at mga pagsisikap na maaaring baguhin ang takbo ng industriya ng robotics sa hinaharap.

Alamin ang iba pang Cool 3D Printing Breakthroughs Ngayon.

Mga Sanggunian:

^{1. Zhai, Y., Yan, J., De Boer, A., Faber, M., Gupta, R., & Tolley, M. T. (2025). Monolitikong desktop digital fabrication ng autonomous walking robots. Advanced Intelligent Systems. https://doi.org/10.1002/aisy.202400876}