软质夹具可以在船上进行3D打印

国际金属加工网 2019年06月14日

深海,黑暗,寒冷,高压和无气 - 对人类来说是众所周知的荒凉之物,但却充满了能够在恶劣环境中茁壮成长的生物。研究这些生物需要安装在远程操作车辆(ROV)上的专用设备,这些设备能够承受这些条件以便收集样本。该设备主要设计用于水下石油和采矿业,设备笨重,昂贵,并且难以通过与微妙海洋生物相互作用所需的控制来操纵。用这些工具从海底采摘一个精致的海slu is就像是用修枝剪来采摘葡萄。

现在,一个多学科的工程师,海洋生物学家和机器人专家组开发了一种柔软,灵活和可定制的替代采样装置,使科学家能够从海中轻轻抓取不同类型的生物,而不会损坏它们,并进行3D打印在不需要返回陆基实验室的情况下对设备进行一夜之间的修改。该研究报告在PLOS One中报道。

“当与柔软,细腻的水下生物互动时,它最适合你的采样设备也柔软温和,”共同作者Rob Wood博士说,他是Wyss Institute的创始核心教员,是还是哈佛大学工程与应用科学学院(SEAS)的查尔斯河工程与应用科学教授。“直到最近,软机器人领域才发展到我们能够真正建造能够可靠无害地抓住这些动物的机器人的地步。”

团队设计的“软抓手”设备有两到五个“手指”,由聚氨酯和其他柔软材料制成,可通过低压液压泵系统打开和关闭,该系统使用海水驱动其运动。夹子本身连接到木球上,该木球使用ROV现有的硬爪式工具保持和操纵,该工具由ROV被栓系的船上的操作人员控制。

该团队在南太平洋偏远的凤凰群岛保护区的R / V Falkor号航行中部署了他们最新的软式抓手。这样一个孤立的环境意味着为夹具获取新零件几乎是不可能的,因此它们带来了两台3-D打印机,用于即时创建新组件。

“在船上停留一个月意味着我们必须能够制造出我们需要的任何东西,事实证明3-D打印机在船上做得非常好。我们让它们几乎全天候运行,我们能够从ROV操作员那里获得有关他们使用软夹具的经验的反馈,并在一夜之间制造新版本以解决任何问题,“Wyss Institute的研究工程师Daniel Vogt说,他是该论文的第一作者。 。

与传统的水下取样工具相比,软夹具能够更有效地捕获海slu ,,珊瑚,海绵和其他海洋生物,并且损坏更少。根据ROV操作员的意见,团队可以添加3-D打印的“指甲”扩展,可以添加到抓手的手指上,以帮助他们获得位于坚硬表面上的样本。每个手指还添加了一个柔韧的网状物,以帮助保持手指握在手指内。根据ROV飞行员对控制现有双指抓手的熟悉程度,以及他们要求两个手指能够抓住“捏”抓取(对于小物体)的样品,创建了另一个两指版的抓手和“力量”掌握(对于大型物体)。

该团队正在继续开发夹具,希望添加传感器,当夹具与生物体接触时,可以向ROV操作员指示,“感觉”它有多硬或多软,并进行其他测量。最终,他们的目标是能够捕获深海中的海洋生物并获取完整的物理和遗传数据,而无需将它们带出原生栖息地。

“能够在几小时内对这些软机器人进行3-D打印变化以安全地与不同类型的海洋生物相互作用,这有可能彻底改变海洋生物实地工作的方式,”共同通讯作者David Gruber博士说。 。,他是2017-2018拉德克利夫研究员,国家地理探索者,以及纽约市立大学巴鲁克学院生物与环境科学教授。

“新技术不断使我们能够克服旧技术的局限性,这些技术往往被简单地接受为现状,从未受到挑战,”Wyss研究所创始主任Donald Ingber医学博士说,他也是犹他州民俗医生HMS的血管生物学教授和波士顿儿童医院的血管生物学项目,以及SEAS的生物工程教授。“3-D打印和软机器人技术现在允许设计和迭代过程在现场而不是在实验室中进行,使得为现有问题创建解决方案更快,更容易,更便宜。”


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