NTU开发可将强度提高350倍，适用于医疗和软体机器人的3D打印“活性”织物

导读：3D打印正在日益改变医疗行业。无论是开发外骨骼、抗癌设备还是定制药物，增材制造都一次又一次地证明了它的价值。

△NTU研究人员使用RoboFabric开发医疗器械，可以帮助人类携带更重的物品

2024年7月29日，南极熊获悉，南洋理工大学（NTU）的研究人员利用3D打印技术开发了一种种创新的“活性”织物。这种名为RoboFabric的适应性强、柔韧的织物可以随意变硬，特别适用于医疗设备和柔性机器人。

新技术RoboFabric是通过几何设计、3D打印和机器人控制相结合开发出来的，可以快速制成医疗设备或软机器人，例如无人机的肢体。

△这项研究成果发表在《先进材料》杂志上，题目为“用于机器人辅助接口的可控刚度活性织物”（传送门）

一种可减少肌肉疲劳的3D打印织物

研究团队利用这种多功能材料开发出一种肘部支撑物，帮助人们携带更重的物品。研究团队还制作了一种腕部支撑物原型，它可以帮助稳定关节以进行日常活动，并帮助患有颤抖的帕金森病患者。

研究人员表示，这种创新型织物的灵感来自穿山甲和章鱼的自然结构，采用数学算法设计，能够制作互锁瓷砖。这些瓷砖通过3D打印制造，使用金属纤维连接。当纤维收缩时，瓷砖互锁，使得RoboFabric的刚度提高了350多倍。

△研究人员演示如果使用RoboFabric创建肘部支撑物

这项研究的结果显示使用该装置能够减少人体肌肉用力40%。南洋理工大学助理教授、首席科学家Wang Yifan介绍说，他们的灵感来自于动物，动物利用复杂的结构赋予肢体多种功能，就像章鱼可以改变形状和硬度一样。

具体的制作工作包括从手腕或肘部进行3D扫描。该程序使用先进的算法创建用于3D打印的几何图案。接着，在打印过程中插入金属纤维到打印段之间的开口，并通过控制电缆张力调整刚度的电气设备连接。

研究人员设想，在不久的将来，患者将能够使用定制的柔性肢体支架代替传统的刚性石膏。这些装置只需按一下按钮即可轻松安装或拆除，为老年人在日常生活中举起重物减少肌肉力量提供了更大的支持。

新加坡Tan Tock Seng医院副教授Loh Yong Joo强调了该技术在医学领域的应用前景。他解释说，它可以为关节损伤提供关键支撑，并为运动障碍患者提供帮助，例如患有帕金森病或上肢无力的人。

△在另一篇论文中，该团队对机器人技术进行了研究，题目为“受尺度启发的可编程机器人结构，具有同时变形和刚度变化的功能”（传送门）

适用于机器人和无人机

RoboFabric还可应用于机器人技术。Wang教授团队的最新研究论文发表在《科学机器人》杂志上。论文展示了一个由薄波浪形瓷砖制成的微型机器人，该瓷砖密封在弹性外壳中。

当施加真空时，RoboFabric会转变为其指定形状并变硬；相反，当真空压力消除时，它会松弛成柔软状态。这种变硬和变软的驱动使小型机器人能够像虫子一样爬行或在水中游泳，携带小负载或通过在易碎物品周围形成坚固的外壳来保护它们。这些能力对于需要在复杂地形中移动并按需提供保护的勘探和救援机器人来说非常重要。

△SAILS实现的两个基于样条的可展曲面

在另一个演示中，四台这样的机器人组合在一起，形成一个无人机上的机器人夹持器。当变硬时，柔软的夹持器会卷起，可以拾取小物品，类似于抓娃娃机。要放下物品，它会放松。夹持器卷起时可兼作减震垫，以防硬着陆。虽然夹持器柔软，但可以折叠到无人机机身中，不会影响其飞行功能。

该团队正在探索与对该技术感兴趣的行业合作伙伴的合作，并希望与他们合作在医疗保健和机器人领域进行部署试验。这项新加坡制造的技术为医疗支持提供了新的解决方案，并增强了无人机或勘探机器人的功能。