روش نوین چاپ سه‌بعدی هاروارد: ربات‌های نرم با حرکت تعبیه‌شده

روش نوین چاپ سه‌بعدی: تعبیه حرکت در ساختار

مهندسان هاروارد روشی جدید برای چاپ سه‌بعدی ارائه کرده‌اند که در آن حرکت مستقیماً در ساختار ربات‌های نرم تعبیه می‌شود. برخلاف روش‌های سنتی که شامل قالب‌ها، ریخته‌گری لایه‌ای و کانال‌های هوایی سطحی هستند و فرآیند ساخت را پیچیده و زمان‌بر می‌کنند، در این فناوری کل سازه در یک مرحله چاپ می‌شود. این فرآیند شامل شکل‌گیری رشته‌های انعطاف‌پذیری با کانال‌های توخالی دقیق درون آنهاست. با تزریق هوا به این کانال‌ها، ساختار در جهت‌های از پیش‌برنامه‌ریزی‌شده تغییر شکل می‌دهد.

تیم تحقیقاتی و نوآوری یکپارچه

این پروژه تحت رهبری جکسون ویلت، دانشجوی تحصیلات تکمیلی، و ناتالی لارسون، پژوهشگر پسادکتری سابق، در آزمایشگاه جنیفر لوئیس در دانشکده مهندسی و علوم کاربردی جان‌ای. پالسون هاروارد انجام شده است. تیم تحقیقاتی با ترکیب چند فناوری چاپی پیشین، یک راهبرد ساخت یکپارچه طراحی کرده‌اند که امکان تغییر سریع طرح‌ها را بدون نیاز به ساخت قالب‌های جدید فراهم می‌کند.

چاپ سه‌بعدی چندماده‌ای چرخشی

هسته اصلی این روش، چاپ سه‌بعدی چندماده‌ای چرخشی است؛ فرآیندی که با استفاده از یک نازل، چند ماده را هم‌زمان چاپ می‌کند. پژوهشگران با چرخاندن نازل در حین چاپ می‌توانند جای‌گیری مواد مختلف را درون هر رشته با دقت بالا کنترل کنند و در نتیجه مسیر حرکت و نحوه تغییر شکل ربات را از قبل تعیین کنند.

«با تغییر سرعت چرخش نازل، نرخ جریان و هندسه چاپ می‌توان اندازه و جهت کانال‌ها را با دقت بالا تنظیم کرد.»

ساختار و مواد مورد استفاده

در این روش، پوسته بیرونی از پلی‌یورتان مقاوم ساخته می‌شود و هسته داخلی از یک پلیمر ژل مانند (مشابه مواد مورد استفاده در برخی محصولات مراقبت از مو) تشکیل شده است. پس از سخت شدن پوسته، ژل داخلی شسته و حذف می‌شود و کانال‌های توخالی باقی می‌مانند. این کانال‌ها نقش مسیرهای پنوماتیکی داخلی را دارند و با اعمال فشار هوا موجب خم‌شدن، پیچش یا انقباض سازه می‌شوند.

نمونه‌های عملی و کاربردها

برای نمایش قابلیت‌های این فناوری، تیم تحقیقاتی دو نمونه عملی را چاپ کرده است:

• یک عملگر مارپیچی شبیه گل که هنگام تزریق هوا باز و جمع می‌شود.
• یک گیره دست‌مانند با پنج انگشت و مفاصل مشخص که نشان‌دهنده قابلیت ایجاد حرکات پیچیده و مفصلی در یک مرحله چاپ است.

پژوهشگران معتقدند استفاده از مواد انعطاف‌پذیر و بالقوه زیست‌سازگار، کاربردهای این فناوری را در حوزه‌هایی مانند ربات‌های جراحی، تجهیزات کمکی، رابط‌های انسان–ماشین و ابزارهای تولید نرم برای جابه‌جایی اشیای حساس افزایش می‌دهد. این روش رویکردی تازه در طراحی ربات‌های نرم ارائه می‌کند؛ زیرا عملکرد حرکتی مستقیماً در ماده چاپی تعبیه می‌شود نه اینکه در مراحل بعدی به آن افزوده شود.