3D列印,也就是增材製造技術,可謂是當今最時髦的智能製造技術之一,發展迅猛的同時又極具潛力,它正在越來越廣泛地被應用到各個領域,給製造業帶來了革命性的變化。

仿生學設計可以在結構上借鑒來自大自然的靈感,在設計上尋求最優化的解決方案。3D列印技術擺脫了傳統加工工藝的桎梏,使得過去無法實現的複雜設計方案成為現實,這也賦予了仿生學設計廣闊的施展空間。

喬布斯(Steve Jobs) 曾經說過,21世紀最好的創新是將生物學與技術相交叉。工業製造領域中有很多零部件或機械的設計都是從生物學中得到的靈感,比如說潛艇的設計是從海豚體形或皮膚結構中得到的靈感....這樣的例子在工業領域還有很多很多。

德國自動化技術商Festo(費斯托)就以大自然為靈感,設計各種仿生動物機器人。

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3D列印的仿生鳥兒、魚兒、蝙蝠、蜘蛛......絕對讓你意想不到!?

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之前他們曾對外公布的是仿生象鼻機械手:

以及仿生章魚觸手

象鼻機械手具有12個自由度,可以更換不同的夾頭,能夠勝任各種柔性工作。而仿生章魚觸手附有吸盤,內置真空管,可以自主提供吸附動能,輕鬆完成抓、握等動作。

最近,費斯托的仿生機械手又升級了。費斯托又對外發布了兩個視頻,一個是氣動機械手,另一個就是模塊化氣動機械臂。

氣動機械手

這次公布的氣動機械手比其他仿生手看起來更像人手,但卻有著和人類手掌完全不一樣的結構,因為它沒有骨骼,完全依靠手指上的氣動波紋管結構來控制動作。當氣室充滿空氣時,手指彎曲;氣室排空時,手指呈伸展狀態。

拇指和食指中還裝有旋轉模型,使這兩個手指可橫向移動。通過這一設計,仿生機械手總共可實現12個自由度。

而且,除去柔性的結構,更重要的這款機械手還搭載了強化學習模塊,這意味著這款機械手可以通過自我學習,來不斷的優化自己的行動能力,最終成功完成布置給它的任務。

當機械手拿到一件物體時,它會首先利用3D相機和深度感測器建立物體的虛擬模型,並通過AI進行模擬學習,在一次次的虛擬試錯練習中掌握不會把物體弄掉的正確抓握方法。這樣能更快地學會操作各種物體。

示意圖:機械手自帶的AI在模擬中學習如何抓握物體

模塊化氣動機械臂

模塊化氣動機械臂是文章開始之前咱們提到的仿生象鼻機械手的進化版。

升級之後的機械臂動作看起來更加柔性化,能夠保持末端及其穩定的完成相應的移動工作,而且可以搭載更多的末端執行器。

而且,由於是類似於大象鼻子的設計,相比於普通的機械臂,它佔用的操作空間會更小。

看到上面這款機械手在固定區域內的移動軌跡,你們是不是想到了它可以運用到流水線中從事簡單的重複工序了。

仿生軟體機器人是一項集材料、力學、生物學、自動化等多學科的交叉研究,也是目前國際學術界的前沿研究熱點。其未來應用除了工業抓持,還可以應用到家庭服務、醫療康復、智能穿戴等多個領域。從上面的案例我們可以看到,3D列印與仿生學相輔相成,在各行各業大展身手的空間十分廣闊。仿生學也將幫助3D列印突破材料發展瓶頸,迎來新的契機。


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