La pinza impresa en 3D no necesita dispositivos electrónicos para funcionar

Personal de sólidos a granel en polvo | 01 de agosto de 2023

Un equipo de robóticos de la Escuela de Ingeniería Jacobs de la Universidad de California-San Diego (USCSD), colaboró ​​con investigadores de BASF Corp. para crear la primera pinza impresa en 3D.

Las pinzas se utilizan principalmente en un entorno de recogida y colocación en la etapa de envasado de productos en la industria alimentaria, cosmética, farmacéutica y otras industrias.

Esta pinza robótica suave está impresa en 3D en una sola impresión y funciona sin componentes electrónicos.

Los investigadores querían diseñar una pinza suave que estuviera lista para usar directamente con la impresora 3D, equipada con sensores táctiles y de gravedad integrados. La pinza puede recoger, sujetar y soltar objetos.

"Diseñamos funciones para que una serie de válvulas permitieran a la pinza agarrarse al contacto y soltarse en el momento adecuado", dijo Yichen Zhai, investigador postdoctoral en el Laboratorio de Diseño y Robótica Bioinspirada de la USCSD y autor principal del artículo. artículo, publicado en Science Robotics. El artículo, "Fabricación de escritorio de dispositivos robóticos blandos monolíticos con circuitos de control de fluidos integrados", se publicó el 21 de junio de 2023.

“Es la primera vez que una pinza de este tipo puede agarrar y soltar al mismo tiempo. Todo lo que tienes que hacer es girar la pinza horizontalmente. Esto provoca un cambio en el flujo de aire en las válvulas, lo que hace que los dos dedos de la pinza se suelten”, añadió Zhai.

Esta lógica fluídica permite al robot recordar cuándo ha agarrado un objeto y lo está agarrando. Cuando detecta el peso del objeto que empuja hacia un lado mientras gira hacia la horizontal, libera el objeto.

Las pinzas blandas existen desde hace un tiempo y permiten a los robots interactuar de forma segura con humanos y objetos delicados.

Esta pinza se puede montar en un brazo robótico para aplicaciones de fabricación industrial, producción de alimentos y manipulación de frutas y verduras. También se puede montar en un robot para tareas de investigación y exploración.

En cuanto a una fuente de energía, como no necesita electrónica, la pinza puede funcionar sin ataduras, con una botella de gas a alta presión como única fuente de energía.

Cuando se conectaba a un suministro constante de presión de aire, la pinza detectaba y agarraba de forma autónoma un objeto y lo liberaba cuando detectaba una fuerza debida al peso del objeto que actuaba perpendicular a la pinza.

Los robots blandos impresos en 3D típicos de fabricación de filamentos fundidos (FFF) de escritorio suelen tener un cierto grado de rigidez; contienen una gran cantidad de fugas cuando salen de la impresora; y necesita una buena cantidad de procesamiento y ensamblaje después de la impresión para que sea utilizable. Esto también limita sus aplicaciones.

El equipo superó estos obstáculos desarrollando un nuevo método de impresión 3D, en el que la boquilla de la impresora traza un camino continuo a través de todo el patrón de cada capa impresa.

"Es como hacer un dibujo sin siquiera levantar el lápiz de la página", dijo Michael T. Tolley, profesor asociado de la Escuela de Ingeniería Jacobs de UC San Diego.

Este método reduce la probabilidad de fugas y defectos en la pieza impresa, que son muy comunes al imprimir con materiales blandos.

El nuevo método también permite imprimir paredes delgadas, de hasta 0,5 mm de espesor. Las paredes más delgadas y las formas curvas y complejas permiten un mayor rango de deformación, lo que da como resultado una estructura más suave en general.

Los investigadores basaron el método en el camino de Euler, que en teoría de grafos es un sendero en un gráfico que toca cada borde de ese gráfico una vez y sólo una vez.

"Cuando seguimos estas reglas, pudimos imprimir consistentemente robots blandos neumáticos funcionales con circuitos de control integrados", dijo Tolley.

Los investigadores de la USCSD incluyen a Yichen Zhain, Jioayao Yan, Benjamin Shih y Michael T. Tolley. Y los que están con BASF son Albert De Boer, Martin Faber, Joshua Speros, Rohini Gupta.

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