Forscher der School of Engineering der Deakin University in Australien haben eine Arbeit zum Thema „Closed-loop 4D-printed soft robots“ veröffentlicht. Mit 4D-Druck lässt sich das das Thema Soft Robotics auf den nächsten Level bringen, heißt es in der wissenschaftlichen Arbeit der Forscher.

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Die Forscher Ali Zolfagharian, Akif Kaynak und Abbas Kouzani von der School of Engineering der Deakin University in Australien haben ihre Erkenntnisse zum Thema Soft Robotics im Bericht „Closed-loop 4D-printed soft robots“ auf „Science Direct“ veröffentlicht. Die Autoren erklären, dass die Thematik ständig wächst und verschiedene Ebenen der Forschung und Entwicklung dabei eine Rolle spielen. Das reicht von Materialien und Modellen bis hin zur Leistungskontrolle und mehr. Mit dem 3D-Druck ist eine umfassende Anpassung möglich. Mit dem 4D-Druck lässt sich der Prozess in die nächste Dimension bringen und Forscher können Soft Robotics um viele Funktionen erweitern.

„Closed-loop 4D-printed soft robots“

Bei dem 4D-Druck mit geschlossener Schleife erhalten Forscher bessere Leistung, indem sie weiche Roboter mit Sensoren, Aktoren und Steuerungen ausstatten. Um die Details in ihre elektronischen Innovationen zu integrieren, verwenden die Autoren ein datengesteuertes Modell des maschinellen Lernens. Die Hierarchie der Aufgaben, die dadurch bewältigt werden könne, umfassen das Greifen, Inspizieren, Sortieren, Klettern oder Kriechen, Suchen und Retten oder Drug Delivery-Systeme.

Die variable Steifigkeit mit höherer Effizienz und Fingerfertigkeit der origami-artigen weichen Roboter erlaubt Aufgaben, für die herkömmliche Roboter nicht geeignet sind. Laut den Forschern können 4D-gedruckte Softroboter mit geschlossenem Regelkreis auch in autonomen Operationen, in der Laparoskopie und in der Endoskopie eingesetzt werden. Chinesische Ärzte nutzen 4D-Druck zur Herstellung und Verpflanzung eines neuartigen Brustimplantats.

Darstellung Closed Loop 4d printed soft robot
Darstellung eines 4D-gedruckten Softroboters mit geschlossenem Regelkreis (Bild © „Closed-loop 4D-printed soft robots“)

Maschinelles Lernen

Das Maschinelle Lernen verringert die Herausforderungen, die mit einigen Manipulationsaufgaben verbunden sind. Mit dem 3D-Druck sind Funktionen wie gezielte Anisotropie, variable Steifigkeit und mehr möglich. Dabei stehen Steuerungsmechanismen wie Steuerungen, geschlossene Regelkreise (mit eingebetteten Soft-Sensoren) und mehr zur Verfügung.
3D-gedruckte Sensoren können bereits in räumlichen Ebenen gedruckt werden. Funktionen lassen sich mit 4D-gedruckter Robotik kategorisieren und einführen. Amphibien-Softroboter können so zahlreiche Aufgaben ausführen.

„Integrierte 3D-gedruckte Aktoren und Sensoren sind machbar, aber durch die Art der verwendeten Materialien begrenzt. Die Zukunft der Verbesserung von 4D-gedruckten Softrobotern mit geschlossenem Regelkreis hängt von der Integration geeigneter Materialien, maschineller Lernansätze und Steuerungsalgorithmen ab“, ergänzen die Forscher.

Aktoren und Sensoren
Integrierte 3D-gedruckte weiche Sensoren und Aktoren (Bild © „Closed-loop 4D-printed soft robots“)

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