A pinça impressa em 3D não precisa de eletrônicos para operar

Equipe de sólidos a granel em pó | 01 de agosto de 2023

Uma equipe de roboticistas da Escola de Engenharia Jacobs da Universidade da Califórnia-San Diego (USCSD) colaborou com pesquisadores da BASF Corp. para criar a primeira pinça impressa em 3D.

As garras são usadas principalmente em ambientes pick-and-place na fase de embalagem de produtos em indústrias alimentícias, cosméticas, farmacêuticas e outras.

Esta pinça robótica macia é impressa em 3D em uma única impressão e funciona sem componentes eletrônicos.

Os pesquisadores queriam projetar uma pinça macia que estivesse pronta para uso imediatamente na impressora 3D, equipada com sensores de gravidade e toque integrados. A pinça pode pegar, segurar e soltar objetos.

“Projetamos funções para que uma série de válvulas permitissem que a garra agarrasse no contato e liberasse no momento certo”, disse Yichen Zhai, pesquisador de pós-doutorado no Laboratório de Robótica e Design Bioinspired da USCSD e principal autor do o artigo, publicado na Science Robotics. O artigo, "Fabricação de desktop de dispositivos robóticos macios monolíticos com circuitos de controle fluídicos incorporados", foi publicado em 21 de junho de 2023.

“É a primeira vez que uma pinça deste tipo consegue agarrar e soltar. Tudo o que você precisa fazer é girar a pinça horizontalmente. Isso desencadeia uma mudança no fluxo de ar nas válvulas, fazendo com que os dois dedos da pinça se soltem”, acrescentou Zhai.

Esta lógica fluídica permite ao robô lembrar quando agarrou um objeto e está segurando-o. Quando detecta o peso do objeto empurrando para o lado enquanto gira na horizontal, ele libera o objeto.

As garras macias já existem há algum tempo, permitindo que os robôs interajam com segurança com humanos e objetos delicados.

Esta pinça pode ser montada em um braço robótico para aplicações de fabricação industrial, produção de alimentos e manuseio de frutas e vegetais. Também pode ser montado em um robô para tarefas de pesquisa e exploração.

Em relação à fonte de energia, por não necessitar de eletrônica, a pinça pode funcionar sem amarras, tendo como única fonte de energia uma garrafa de gás de alta pressão.

Quando conectada a um fornecimento constante de pressão de ar, a pinça detectou e agarrou autonomamente um objeto e liberou o objeto quando detectou uma força devido ao peso do objeto agindo perpendicularmente à pinça.

Os robôs macios impressos em 3D típicos de fabricação de filamentos fundidos em mesa (FFF) geralmente têm um certo grau de rigidez; contêm um grande número de vazamentos quando saem da impressora; e precisa de uma quantidade razoável de processamento e montagem após a impressão para ser utilizável. Isso também limita suas aplicações.

A equipe superou esses obstáculos desenvolvendo um novo método de impressão 3D, que envolve o bico da impressora traçando um caminho contínuo através de todo o padrão de cada camada impressa.

“É como fazer um desenho sem nunca tirar o lápis da página”, disse Michael T. Tolley, professor associado da Escola de Engenharia Jacobs da UC San Diego.

Este método reduz a probabilidade de vazamentos e defeitos na peça impressa, muito comuns na impressão com materiais macios.

O novo método também permite a impressão de paredes finas, com até 0,5 mm de espessura. As paredes mais finas e as formas curvas complexas permitem uma maior faixa de deformação, resultando em uma estrutura geral mais macia.

Os pesquisadores basearam o método no caminho euleriano, que na teoria dos grafos é uma trilha em um gráfico que toca cada borda desse gráfico uma vez e apenas uma vez.

“Quando seguimos essas regras, fomos capazes de imprimir consistentemente robôs pneumáticos funcionais com circuitos de controle integrados”, disse Tolley.

Os pesquisadores do USCSD incluem Yichen Zhain, Jioayao Yan, Benjamin Shih, Michael T. Tolley. E aqueles da BASF são Albert De Boer, Martin Faber, Joshua Speros, Rohini Gupta.

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