اختصاصی بسپار/ چاپ یکپارچه رباتها با بسپار زیستپایه جدید با الهام از اوریگامی
بسپار/ ایران پلیمر پژوهشگران در مطالعهای تازه موفق شدهاند نوعی بسپار زیستپایه (Bio-based Resin) بسازند که امکان تولید رباتهای نرم (Soft Robotics) پیچیده را تنها در یک مرحله چاپ سهبعدی فراهم میکند؛ بدون آنکه نیازی به سرهمبندی قطعات، اتصال لایهها یا فرایندهای پسفراورش وجود داشته باشد. این فناوری میتواند همزمان مسیر توسعه تولید پایدارتر و طراحی نسل جدید سامانههای رباتی انعطافپذیر را هموار کند.
نتایج این پژوهش نشان میدهد ترکیب مواد زیستپایه با فناوری ساخت برهمافزا (Additive Manufacturing) میتواند محدودیتهای رایج تولید رباتهای نرم را تا حد زیادی برطرف کند.
حذف سرهمبندی؛ چالش قدیمی رباتهای نرم
در طراحی رایج رباتهای نرم، معمولا از چندین ماده مختلف مانند الاستومرها، لایههای تقویتکننده و اجزای داخلی استفاده میشود. این ساختارهای چندبخشی نیازمند چندین مرحله تولید و سرهمبندی هستند.
اما این روش یک مشکل مهم دارد: محل اتصال اجزا معمولا به نقطه ضعف مکانیکی تبدیل میشود و میتواند از دوام قطعه بکاهد. علاوه بر این، سرهمبندی باعث محدود شدن پیچیدگی طراحی و افزایش زمان توسعه محصول میشود.
اکنون پژوهشگران رویکرد متفاوتی ارائه کردهاند: تولید قطعه بهصورت یکپارچه و بدون هیچ اتصال فیزیکی بین اجزا.
هسته اصلی این فناوری، فرمولبندی جدیدی از بسپارهای با پخت نوری و زیستپایه است که برای فناوری چاپ نوری دیجیتال (Digital Light Processing یا DLP) طراحی شده است.
پژوهشگران اعلام کردهاند این بسپار علاوه بر استفاده از مواد اولیه تجدیدپذیر، ویژگیهای شارششناختی و رفتار نوری لازم برای چاپ با دقت را حفظ میکند.
آزمونهای مکانیکی نشان داده این ماده رفتار کشسانی مناسبی دارد و میتواند تغییرشکلهای بزرگ و برگشتپذیر را بدون شکست تحمل کند؛ ویژگیای که برای کارکرد رباتهای نرم ضروری است.
دقت چاپ در حد چند ده میکرون
به گفته پژوهشگران یکی از دستاوردهای مهم این پروژه حفظ تعادل میان گرانروی، سرعت واکنش و کیفیت چاپ بوده است.
بررسیها نشان میدهد این بسپار امکان تولید ساختارهایی با دقت جانبی در حد چند ده میکرون را فراهم میکند. این موضوع اهمیت زیادی دارد زیرا بخشهای حساس مانند لولاها و نواحی انعطافپذیر باید با دقت بسیار زیادی ساخته شوند تا رفتار حرکتی کنترلشده ایجاد شود.
الهام از اوریگامی برای ایجاد حرکت
یکی از نوآورانهترین بخشهای این پروژه استفاده از طراحی الهامگرفته از اوریگامی (هنر کاغذ و تا) است.
بهجای استفاده از لولاها و مفصلهای مکانیکی مجزا، رفتار حرکتی قطعه از طریق طراحی هندسی در خود ساختار تعریف شده است. با استفاده از الگوهای دقیق تاخوردگی و کاهش ضخامت کنترلشده در بخشهای مشخص، ساختار میتواند تحت فشار یا بارگذاری مکانیکی بهشکل برنامهریزیشده خم شود و دوباره به حالت اولیه بازگردد.
در این روش، پیچیدگی از سرهمبندی مکانیکی به طراحی دیجیتال منتقل میشود.
کاهش نقاط ضعف مکانیکی
در ساختارهای سرهمبندیشده، محل اتصال قطعات معمولا محل تمرکز تنش و آغاز شکست است. اما در این فناوری جدید چون کل قطعه بهصورت یکپارچه چاپ میشود، ماده در سراسر ساختار پیوستگی کامل دارد.
پژوهشگران میگویند این موضوع توزیع یکنواختتر تنش را ممکن کرده و خطر شکست مکانیکی را در چرخههای حرکتی چندباره میکاهد.
کاربرد در گیرههای رباتیک و سامانههای انعطافپذیر
در آزمایشهای انجامشده، نمونههای چاپشده توانستهاند رفتار حرکتی کاملا قابل پیشبینی و تکرارپذیر نشان دهند.
پژوهشگران موفق شدند انواع سازوکارهای انعطافپذیر، سامانههای بازشونده و حتی گیرههای رباتیکی تولید کنند که بدون سرهمبندی کار میکنند و پس از چندین چرخه بارگذاری همچنان کارکرد پایدار دارند.
ترکیب همزمان زیستپایداری و فناوری پیشرفته
نکته مهم این پروژه آن است که پژوهشگران نشان دادهاند زیستپایداری لزوما در تضاد با کارکرد فنی بالا نیست.
استفاده از مواد اولیه تجدیدپذیر، کاهش پسماند ناشی از برش و سرهمبندی و حذف مراحل چندگانه تولید باعث شده این فناوری مسیر جدیدی برای تولید پیشرفته و پایدار ایجاد کند.
کارشناسان معتقدند این فناوری میتواند آینده ساخت برهمافزا را تغییر دهد؛ که در آن مهندسان بهجای سرهمبندی قطعات مختلف، مستقیما «کارکرد» را در هندسه قطعه طراحی میکنند. ترکیب مواد زیستپایه، چاپ سهبعدی دقیق و طراحی هوشمند اکنون در حال بازتعریف شیوه تولید نسل آینده سامانههای رباتیکی پیشرفته است.
