結合 3D 列印與拓墣最佳化,軟體機器人設計流程大幅改進

作者 | 發布日期 2021 年 07 月 12 日 17:50 | 分類 AI 人工智慧 , 尖端科技 , 手機 Telegram share ! follow us in feedly


新加坡科技設計大學研究團隊,近期在《進階材料科技》期刊發表研究成果,運用逐漸成熟的 3D 列印以及拓墣最佳化技術,大幅改進現有軟體機器人的設計流程,使材質運用、結構強度和運動表現都優於傳統設計生產方式。

▲帶領研發團隊的新加坡科技設計大學 Valdivia Alvarado 博士。(Source:SUTD

軟體機器人(Soft Robots)是受到軟體動物及海洋生物的啟發,使用軟性材質製造,可做出與傳統硬性材質機器人不同的運動方式與功能,是機器人工程的一項新興領域。

由於先前缺乏一套有效的設計工具與流程,軟體機器人設計多半以手動方式打造機體,在誤差控制上較缺乏效率,因此由 Valdivia Alvarado 博士帶領的團隊,以 3D 列印的方式改善機體製造的穩定性,並使用拓墣最佳化(Topology Optimization, TO)技術,在輸入機體外型規格數據後,讓電腦以數學模型快速計算出最佳的內部結構組成,使設計和生產流程速度和穩定度提升許多。

研究團隊運用這一套設計組合,打造一款魟魚造型機器人,這款軟體機器人運用海洋生物的流體力學設計,加上軟性材質機體,可以在水中達到比傳統遙控潛水艇更快的速度,和更靈活的轉向。

▲研究團隊使用 3D 列印與 TO 技術,打造一種魟魚造型的水中軟體機器人,擁有更好的水中運動能力。(Source:lowjumpingfrog from Salt Lake City, USA, CC BY 2.0, via Wikimedia Commons)

在機體設計過程中,除了軀幹部分使用軟性材質外,最重要的魚鰭部位,研究團隊分別使用傳統設計方式,打造出硬性和軟性材質的魚鰭,再加上運用 TO 技術計算出來的混合材質,共三種構型進行實驗。

實驗結果顯示,使用 TO 技術與 3D 列印打造出來的混合材質魚鰭,在速度、強度和靈活度表現上,都比傳統方式設計的材質提升了 50% 以上。

Alvarado 博士指出,新的設計工具使得將來的軟體機器工程領域,設計者能夠更快速特製自己的機器人,並且減少機體打造過程的誤差,以及結構設計上的盲點,將使軟體機器人領域的發展進度更加快速。

(首圖來源:Robohub