単一素材を用いたモノリシック印刷型空気圧式固有受容性アクチュエータと集積型導波路 | JoVE Visualize

科学分野:

ソフトロボティクス
生体模倣工学
材料科学

背景:

筋肉組織は、繊維、紡錘体、結合組織を介して力生成と固有受容フィードバックを統合します。
既存のソフトロボットアクチュエータは、統合されたセンシング能力を欠いていることが多く、機能的な複雑さが制限されています。
統合されたアクチュエーションとセンシングのモノリシック製造は、ソフトロボティクスにおける大きな課題であり続けています。

研究の目的:

モノリシック空気圧式固有受容性アクチュエータ（MPPPA）の単一素材製造方法を開発すること。
熱可塑性ポリウレタン（TPU）を活用して、統合された信頼性の高いソフトロボット部品を作成すること。
製造されたMPPPAのアクチュエーションおよび固有受容センシング能力を実証すること。

主な方法:

熱可塑性ポリウレタン（TPU）を用いたFDM（積層造形）3D印刷を利用しました。
気密チャンバーと埋め込み型光学導波路を作成するために、連続印刷プロセスを開発しました。
チャンバーの完全性と導波路の安定性を確保するために、印刷パラメータを最適化しました。

主要な成果:

達成された高密度で気密性の高いチャンバーは、わずかな漏れ（200 kPaで0.85%）しかありませんでした。
光学導波路からの堅牢な固有受容感覚は、5000回の曲げサイクルで0.5%未満のドリフトで実証されました。
MPPPAは、1.82%未満のセンシング誤差で、信頼性の高いアクチュエーション・センシング性能を示しました。

結論:

提案されたFDMベースのモノリシック印刷方法は、MPPPAの製造を合理化することを可能にします。
開発されたアクチュエータは、アクチュエーションと固有受容センシングの両方において、高い信頼性と精度を示します。
この進歩は、より洗練され、信頼性の高いソフトロボットシステムの開発に貢献します。