NTU開發可將強度提高350倍,適用于醫療和軟體機器人的3D打印"活性"織物

3D打印正在日益改變醫療行業。無論是開發外骨骼、抗癌設備還是定制藥物，增材制造都一次又一次地證明了它的價值。

2024年7月29日，南極熊獲悉，南洋理工大學（NTU）的研究人員利用3D打印技術開發了一種種創新的“活性”織物。這種名為RoboFabric的適應性強、柔韌的織物可以隨意變硬，特別適用于醫療設備和柔性機器人。

新技術RoboFabric是通過幾何設計、3D打印和機器人控制相結合開發出來的，可以快速制成醫療設備或軟機器人，例如無人機的肢體。

一種可減少肌肉疲勞的3D打印織物

研究團隊利用這種多功能材料開發出一種肘部支撐物，幫助人們攜帶更重的物品。研究團隊還制作了一種腕部支撐物原型，它可以幫助穩定關節以進行日常活動，并幫助患有顫抖的帕金森病患者。

研究人員表示，這種創新型織物的靈感來自穿山甲和章魚的自然結構，采用數學算法設計，能夠制作互鎖瓷磚。這些瓷磚通過3D打印制造，使用金屬纖維連接。當纖維收縮時，瓷磚互鎖，使得RoboFabric的剛度提高了350多倍。

這項研究的結果顯示使用該裝置能夠減少人體肌肉用力40%。南洋理工大學助理教授、首席科學家Wang Yifan介紹說，他們的靈感來自于動物，動物利用復雜的結構賦予肢體多種功能，就像章魚可以改變形狀和硬度一樣。

具體的制作工作包括從手腕或肘部進行3D掃描。該程序使用先進的算法創建用于3D打印的幾何圖案。接著，在打印過程中插入金屬纖維到打印段之間的開口，并通過控制電纜張力調整剛度的電氣設備連接。

研究人員設想，在不久的將來，患者將能夠使用定制的柔性肢體支架代替傳統的剛性石膏。這些裝置只需按一下按鈕即可輕松安裝或拆除，為老年人在日常生活中舉起重物減少肌肉力量提供了更大的支持。

新加坡Tan Tock Seng醫院副教授Loh Yong Joo強調了該技術在醫學領域的應用前景。他解釋說，它可以為關節損傷提供關鍵支撐，并為運動障礙患者提供幫助，例如患有帕金森病或上肢無力的人。

適用于機器人和無人機

RoboFabric還可應用于機器人技術。Wang教授團隊的最新研究論文發表在《科學機器人》雜志上。論文展示了一個由薄波浪形瓷磚制成的微型機器人，該瓷磚密封在彈性外殼中。

當施加真空時，RoboFabric會轉變為其指定形狀并變硬；相反，當真空壓力消除時，它會松弛成柔軟狀態。這種變硬和變軟的驅動使小型機器人能夠像蟲子一樣爬行或在水中游泳，攜帶小負載或通過在易碎物品周圍形成堅固的外殼來保護它們。這些能力對于需要在復雜地形中移動并按需提供保護的勘探和救援機器人來說非常重要。

在另一個演示中，四臺這樣的機器人組合在一起，形成一個無人機上的機器人夾持器。當變硬時，柔軟的夾持器會卷起，可以拾取小物品，類似于抓娃娃機。要放下物品，它會放松。夾持器卷起時可兼作減震墊，以防硬著陸。雖然夾持器柔軟，但可以折疊到無人機機身中，不會影響其飛行功能。

該團隊正在探索與對該技術感興趣的行業合作伙伴的合作，并希望與他們合作在醫療保健和機器人領域進行部署試驗。這項新加坡制造的技術為醫療支持提供了新的解決方案，并增強了無人機或勘探機器人的功能。

來源：南極熊