MIT crea primi robot idraulici mai 3D stampato che può uscire dalla stampante
Ricercatori del Computer Science del MIT e dell’Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL) presentano un metodo per la stampa 3D di robot funzionali da materiali solidi e liquidi allo stesso tempo. Questi robot ad azionamento idraulico possono essere stampati con normali stampanti 3D disponibili in commercio e uscire direttamente dalla macchina praticamente senza assemblaggio.
Il metodo, chiamato “printable hydraulics” risponde a due questioni importanti nella tecnologia della produzione additiva e nella robotica avanzata. Innanzitutto, fino ad ora, è stato estremamente difficile oltre a richiedere molto tempo, per incorporare componenti idrauliche (che utilizzano fluidi per controllare efficacemente le forze meccaniche) nella robotica. Secondo, mentre molte stampanti 3D avanzate sono dotate di più estrusori e possono dunque stampare in 3d in una varietà di materiali rigidi e flessibili, per la stampa 3D con i liquidi è ancora molto difficile, e la stampa 3D di solidi e liquidi insieme lo è ancora di più.
Il lavoro del CSAIL, finanziato in parte dal National Science Foundation americano, dimostra che è possibile fare entrambe le cose: la stampa 3D con materiali solidi e liquidi in un unico oggetto, e quindi riuscire a costruire dei robot idraulici stampati in 3d in un unico passaggio.
Il metodo idraulico della stampa 3D, consiste nell’utilizzare una stampante a getto d’inchiostro 3D per depositare singole goccioline di materiale, che hanno un diametro di 20-30 micron, layer-by-layer in un oggetto 3D. Ogni strato è costituito da un fotopolimero, che solidifica quando esposto alla luce UV, e da un materiale liquido che non indurisce. Inoltre, il materiale solido può essere rigido o flessibile.
Per determinare le strutture ottimali che consentano ai materiali sia l’indurimento sia la solidificazione corretta senza che i materiali non polimerizzabili intralcino, i ricercatori 3D hanno testato decine di geometrie con diversi orientamenti . Alla fine sono arrivati alla conclusione che la stampa a getto di inchiostro era la migliore opzione:
“La stampa a getto d’inchiostro permette di avere otto differenti testine di stampa di deposito di materiali adiacenti l’una all’altra, tutta allo stesso tempo,” ha detto Robert MacCurdy, MIT ingegnere meccanico. “Ci dà un controllo molto preciso del posizionamento del materiale, che è quello che ci permette la stampa di complessi, canali fluidici preriempiti. … Per quanto mi riguarda, la stampa a getto d’inchiostro è attualmente il modo migliore per stampare più materiali. ”
Per illustrare il metodo idraulico stampabile, CSAIL ha stampato in 3d due robot imponenti e funzionali: un minuscolo robot hexapod a sei gambe che può strisciare con 12 pompe idrauliche, e una mano di gomma morbida che può essere utilizzata sul robot Baxter Research.
Il piccolo robot hexapod (che pesa 1,5 chili e misura meno di 6 pollici di lunghezza) è notevole in quanto richiede solo un singolo motore a corrente continua per alimentare il suo movimento. Oltre a questo motore e alla batteria, ogni singolo componente è stato stampato 3D.
“Il nostro approccio, che chiamiamo ‘idraulica stampabile,’ è un passo verso la rapida realizzazione di macchine funzionali”, ha detto il direttore del CSAIL Daniela Rus..
Come spiega il MIT, il robot esapode, che è stato stampato in 3D in sole 22 ore, dispone di diversi ‘soffietti’ che sono stampati in 3D direttamente nel suo corpo che sono in grado di spingere in avanti usando la pressione del fluido. Oltre a al soffietto, hanno stampato in 3d una pompa ad ingranaggi che può produrre un flusso continuo di fluidi e tradurlo in forza meccanica, così come un albero motore rotante che aziona la trasmissione idraulica.
Non solo il processo idraulico stampabile compatibile con qualsiasi stampante a getto d’inchiostro 3D multimateriale, ma può anche essere personalizzato per i robot di stampa 3D di diverse dimensioni, forme e funzioni, che lo rende una tecnologia davvero versatile e utile.
“Se si dispone di un robot che striscia ce si desidera creare qualcosa di più grande o migliore , è possibile modificare il progetto in pochi minuti”, ha detto MacCurdy. “In futuro, il sistema difficilmente avrà bisogno di alcun intervento umano ; si può semplicemente premere un paio di pulsanti, e questo renderà automatiche le modifiche. ”
Il team del MIT CSAIL haproposto varie applicazioni reali per questi robot stampati in 3d , dai costi contenuti 3 da inviare in caso di catastrofe o in ambienti pericolosi.
In particolare, i robot, che possono essere controllati tramite smartphone, sarebbero utile esplorare i siti nucleari, che sono pericolosi per gli esseri umani e possono interferire con l’elettronica convenzionale. “Robot stampabili come questi possono essere rapidamente ed economicamente fabbricati, con un minor numero di componenti elettronici rispetto ai robot tradizionali”, ha dichiarato MacCurdy.
In definitiva, il metodo idraulico stampabile del CSAIL dimostra che la costruzione di robot funzionali da zero non deve essere un processo costoso che richiede molto tempo, o ad alta intensità di manodopera. Utilizzando la tecnologia di stampa 3D disponibile in commercio, i robot idraulici a motore potrebbero presto essere una cosa normale.
“La stampa 3-D offre una via d’uscita, che consente di produrre automaticamente robot complessi e funzionali ,, idraulicamente alimentati che possono essere messi a uso immediato”, ha detto Rus.
Il documento di ricerca del MIT CSAIL è stato recentemente accettato alla conferenza internazionale sugli IEEE Robotics and Automation (ICRA) di questa estate. Gli autori dello studio sono Daniela Rus, Robert MacCurdy, il dottorando Robert Katzchmann, e Youbin Kim.
