La pince imprimée en 3D n'a pas besoin d'électronique pour fonctionner

Personnel chargé des solides en vrac en poudre | 01 août 2023

Une équipe de roboticiens de la Jacobs School of Engineering de l'Université de Californie à San Diego (USCSD) a collaboré avec des chercheurs de BASF Corp. pour créer la première pince imprimée en 3D.

Les pinces sont principalement utilisées dans un environnement de prélèvement et de placement au stade de l'emballage des produits dans les industries alimentaires, cosmétiques, pharmaceutiques et autres.

Cette pince robotique souple est imprimée en 3D en une seule impression et fonctionne sans électronique.

Les chercheurs souhaitaient concevoir une pince souple prête à l’emploi dès la sortie de l’imprimante 3D, équipée de capteurs de gravité et tactiles intégrés. La pince peut saisir, maintenir et libérer des objets.

"Nous avons conçu des fonctions de manière à ce qu'une série de valves permettent à la pince de saisir au contact et de se relâcher au bon moment", a déclaré Yichen Zhai, chercheur postdoctoral au laboratoire de robotique et de conception bioinspirées de l'USCSD et auteur principal de l'étude. article, publié dans Science Robotics. L'article intitulé "Desktop Fabrication of Monolithic Soft Robotic Devices with Embedded Fluidic Control Circuits" a été publié le 21 juin 2023.

« C'est la première fois qu'une telle pince peut à la fois saisir et libérer. Il suffit de tourner la pince horizontalement. Cela déclenche une modification du débit d'air dans les vannes, provoquant le relâchement des deux doigts de la pince », a ajouté Zhai.

Cette logique fluidique permet au robot de se souvenir du moment où il a saisi un objet et s'y accroche. Lorsqu'il détecte le poids de l'objet poussant sur le côté lors de sa rotation vers l'horizontale, il libère l'objet.

Les pinces souples existent depuis un certain temps, permettant aux robots d'interagir en toute sécurité avec les humains et les objets délicats.

Cette pince peut être montée sur un bras robotique pour des applications de fabrication industrielle, de production alimentaire et de manipulation de fruits et légumes. Il peut également être monté sur un robot pour des tâches de recherche et d'exploration.

En ce qui concerne la source d'alimentation, comme elle n'a pas besoin d'électronique, la pince peut fonctionner de manière autonome, avec une bouteille de gaz à haute pression comme seule source d'alimentation.

Lorsqu'elle est connectée à une alimentation constante en pression d'air, la pince détecte et saisit de manière autonome un objet et libère l'objet lorsqu'elle détecte une force due au poids de l'objet agissant perpendiculairement à la pince.

Les robots souples imprimés en 3D typiques de fabrication de filaments fusionnés (FFF) ont souvent un certain degré de rigidité ; contenir un grand nombre de fuites lorsqu'elles sortent de l'imprimante ; et nécessitent une bonne quantité de traitement et d'assemblage après l'impression pour être utilisables. Cela limite également leurs applications.

L’équipe a surmonté ces obstacles en développant une nouvelle méthode d’impression 3D, qui implique que la buse de l’imprimante trace un chemin continu à travers l’ensemble du motif de chaque couche imprimée.

"C'est comme dessiner une image sans jamais retirer le crayon de la page", a déclaré Michael T. Tolley, professeur agrégé à la Jacobs School of Engineering de l'UC San Diego.

Cette méthode réduit le risque de fuites et de défauts dans la pièce imprimée, très fréquents lors de l'impression avec des matériaux souples.

La nouvelle méthode permet également d’imprimer des parois minces, jusqu’à 0,5 mm d’épaisseur. Les parois plus fines et les formes courbes complexes permettent une plus grande plage de déformation, ce qui donne une structure globale plus douce.

Les chercheurs ont basé la méthode sur le chemin eulérien, qui, dans la théorie des graphes, est un chemin dans un graphique qui touche chaque bord de ce graphique une et une seule fois.

"Lorsque nous avons suivi ces règles, nous avons pu imprimer de manière cohérente des robots pneumatiques logiciels fonctionnels avec des circuits de commande intégrés", a déclaré Tolley.

Les chercheurs de l'USCSD comprennent Yichen Zhain, Jioayao Yan, Benjamin Shih et Michael T. Tolley. Et ceux de BASF sont Albert De Boer, Martin Faber, Joshua Speros, Rohini Gupta.

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