Name: fabrication of soft pneumatic network actuators with oblique chambers
Uploaded: 2018-08-17T14:30:00.000+00:00
Duration: 7 min 9 s
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Diese Arbeit wurde von der National Natural Science Foundation of China unter Grant 51622506 und die Wissenschaft und Technologie Kommission der Shanghai Municipality unter Grant 16JC1401000 unterstützt.

Hinweis: Das Protokoll sieht die Herstellung Verfahren eines weichen pneumatische Netzwerk-Antriebs. Vor der Herstellung Verfahren, eine Reihe von Formen und mehrere Aktor-Schlauch-Anschlüsse sollen die mit Computer-aided Design (CAD) Software 3-D-gedruckt im voraus sein muss. Die Formen sind in Abbildung 1Bdargestellt.
(1) Silikon-Elastomer-Vorbereitung
<ol><li>Wiegt 5 g Silikon elastomerteil B und 45 g Teil A [9:1 (a) Gewichtsteile] im gleichen Mischbehälter (Abb. 2A). Verwenden Sie eine Spritze, um sicherzustellen, dass die Proportionen der einzelnen Teile korrekt sind. Hinweis: Das Mischungsverhältnis variiert für verschiedene Silikonelastomere. Der Anteil der einzelnen Teile sollten angepasst werden, wenn ein anderes Silikon-Elastomer angenommen wird.</li>
	<li>Mischen Sie die Silikon-Elastomer mit zentrifugalen Planetenmischer gut. Hinweis: Die Silikon-Elastomer kann bei niedrigen Temperaturen verlängern die Verarbeitungszeit gespeichert werden.</li>
</ol>2. Kammer Teil Fertigung
<ol><li>Sprühen Sie das Schimmel-Trennmittel für Silikon-Elastomer-Produkte gleichmäßig auf den Oberflächen der Form Teil A und Teil B.</li>
	<li>Montieren Sie Teil A und Teil B der Form für die Herstellung einer Kammer. Halten Sie beide Enden der Form mit Clips, um zu verhindern das Austreten von Silikon-Elastomer.</li>
	<li>Nehmen Sie 5 mL Silikon-Elastomer mit einer Spritze und Spritzen Sie es langsam in das Loch der Form für die Herstellung der Verbindung Ende (die zylindrische Struktur an einem Ende des Antriebs für den Anschluss der Schläuche). Füllen Sie die ganze Form mit Silikon-Elastomer (Abbildung 2B). Hinweis: Halten Sie eine low-Flow-Rate und bewegen Sie sich hin und her langsam, die Silikon-Elastomer, die winzigen Strukturen der Form eingeben zu lassen.</li>
	<li>Stechen Sie die Luftblasen, die bilden auf der Oberfläche mit einer Nadelspitze bis gibt es keine mehr Bläschen sichtbar (Abbildung 2C).</li>
	<li>Kratzen Sie überschüssiges Silikon-Elastomer mit einer Klinge entlang der Oberseite der Form.</li>
	<li>Legen Sie die Form in den Ofen bei 70 ° C, bis das Silikon-Elastomer ausgehärtet ist.</li>
	<li>Verwenden Sie eine Spritze, um Silikon-Elastomer in die Bläschen und die Löcher auf der Oberfläche des Antriebs zu injizieren.</li>
	<li>Jede überschüssige Silikon-Elastomer auf der Oberfläche abkratzen.</li>
	<li>Legen Sie die Form in den Ofen bei 70 ° C, bis das Silikon-Elastomer ausgehärtet ist.</li>
</ol>3. Basisteil Fertigung
<ol><li>Spray Schimmel-Trennmittel für Silikon-Elastomer-Produkte gleichmäßig auf der Oberfläche des das Formteil C.</li>
	<li>Gießen Sie die Silikon-Elastomer in Teil C der Form.</li>
	<li>Stechen Sie die Luftblasen, die bilden auf der Oberfläche mit einer Nadelspitze, bis keine Luftblasen mehr sichtbar sind.</li>
	<li>Kratzen Sie überschüssiges Silikon-Elastomer mit einer Klinge entlang der Oberseite der Form.</li>
	<li>Legen Sie die Form in den Ofen bei 70 ° C, bis das Silikon-Elastomer ausgehärtet ist.</li>
</ol>(4) Antrieb-Montage
<ol><li>Gießen Sie gleichmäßig eine Schicht aus Silikon-Elastomer, 1 mm Dicke, auf der einen Seite des Basisteils.</li>
	<li>Ort der Kammer Teil auf dem Basisteil. Verwenden Sie eine Spritze, um die Silikon-Elastomer in den Raum zwischen der Kammer und dem Basisteil (Abbildung 2D) zu injizieren.</li>
	<li>Legen Sie den Antrieb im Backofen bei 70 ° C, bis das Silikon-Elastomer ausgehärtet ist.</li>
</ol>(5) Schlauchanschluss
<ol><li>Tippen Sie auf die 3-D-gedruckt Aktor-Schlauchanschluss zu akzeptieren, dass die Schraube von einem männlichen Gestüt-Push-in pneumatische Armatur passen.</li>
	<li>Verwenden Sie eine Nadel, um die Verbindung Ende des Antriebs entlang der Mittellinie des Zylinders zu durchbohren. Der Durchmesser der Bohrung mit einer Stahlstange, etwa 2 mm zu erhöhen.</li>
	<li>Schrauben Sie den Aktor-Schlauchanschluss in den Antrieb (Abb. 2E).</li>
	<li>Schieben Sie einen Teil der Schläuche in der männlichen Gestüt Push-in Fit pneumatische Armatur.</li>
</ol>(6) auslaufen Sie überprüfen und reparieren
<ol><li>Den Antrieb an eine Luftquelle anschließen.</li>
	<li>Den gesamte Antrieb im Wasser zu platzieren und den Antrieb (Abbildung 2F) unter Druck zu setzen. Beobachten Sie, ob aufgrund eines Lecks Bläschen gebildet werden.</li>
	<li>Verwenden Sie eine Spritze, die Silikon-Elastomer leckagestellen zuzuführen. Legen Sie den Antrieb im Backofen bei 70 ° C, bis das Silikon-Elastomer ausgehärtet ist.</li>
	<li>Wiederholen Sie die Schritte 6.1-6.3, wenn nötig.</li>
</ol>

<ol>
	<li>Rus, D., Tolley, M. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design,+fabrication+and+control+of+soft+robots.">Design, fabrication and control of soft robots.</a> Nature. 521 (7553), 467-475 (2015).</li><li>Ilievski, F., Mazzeo, A. D., Shepherd, R. F., Chen, X., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Soft+robotics+for+chemists.">Soft robotics for chemists.</a> Angewandte Chemie International Edition. 50 (8), 1890-1895 (2011).</li><li>Shepherd, R. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multigait+soft+robot.">Multigait soft robot.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 108 (51), 20400-20403 (2011).</li><li>Yap, H. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+fully+fabric-based+bidirectional+soft+robotic+glove+for+assistance+and+rehabilitation+of+hand+impaired+patients.">A fully fabric-based bidirectional soft robotic glove for assistance and rehabilitation of hand impaired patients.</a> IEEE Robotics and Automation Letters. 2 (3), 1383-1390 (2017).</li><li>Yang, Y., Chen, Y., Li, Y., Chen, M. Z. Q., Wei, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bioinspired+Robotic+Fingers+Based+on+Pneumatic+Actuator+and+3D+Printing+of+Smart+Material.">Bioinspired Robotic Fingers Based on Pneumatic Actuator and 3D Printing of Smart Material.</a> Soft Robotics. 4 (2), 147-162 (2017).</li><li>Gu, G. Y., Zhu, J., Zhu, L. M., Zhu, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+survey+on+dielectric+elastomer+actuators+for+soft+robots.">A survey on dielectric elastomer actuators for soft robots.</a> Bioinspiration &amp; Biomimetics. 12 (1), 011003 (2017).</li><li>Holland, D. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+soft+robotics+toolkit:+Strategies+for+overcoming+obstacles+to+the+wide+dissemination+of+soft-robotic+hardware.">The soft robotics toolkit: Strategies for overcoming obstacles to the wide dissemination of soft-robotic hardware.</a> IEEE Robotics &amp; Automation Magazine. 24 (1), 57-64 (2017).</li><li>Galloway, K. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Soft+Robotic+Grippers+for+Biological+Sampling+on+Deep+Reefs.">Soft Robotic Grippers for Biological Sampling on Deep Reefs.</a> Soft Robotics. 3 (1), 23-33 (2016).</li><li>Polygerinos, P., Wang, Z., Galloway, K. C., Wood, R. J., Walsh, C. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Soft+robotic+glove+for+combined+assistance+and+at-home+rehabilitation.">Soft robotic glove for combined assistance and at-home rehabilitation.</a> Robotics and Autonomous Systems. 73, 135-143 (2015).</li><li>Tolley, M. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Resilient,+Untethered+Soft+Robot.">A Resilient, Untethered Soft Robot.</a> Soft Robotics. 1 (3), 213-223 (2014).</li><li>Ainla, A., Verma, M. S., Yang, D., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Soft,+Rotating+Pneumatic+Actuator.">Soft, Rotating Pneumatic Actuator.</a> Soft Robotics. 4 (3), 297-304 (2017).</li><li>Koizumi, Y., Shibata, M., Hirai, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rolling+tensegrity+driven+by+pneumatic+soft+actuators.">Rolling tensegrity driven by pneumatic soft actuators.</a> 2012 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA). , (2012).</li><li>Connolly, F., Polygerinos, P., Walsh, C. J., Bertoldi, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanical+Programming+of+Soft+Actuators+by+Varying+Fiber+Angle.">Mechanical Programming of Soft Actuators by Varying Fiber Angle.</a> Soft Robotics. 2 (1), 26-32 (2015).</li><li>Connolly, F., Walsh, C. J., Bertoldi, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Automatic+design+of+fiber-reinforced+soft+actuators+for+trajectory+matching.">Automatic design of fiber-reinforced soft actuators for trajectory matching.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 114 (1), 51-56 (2017).</li><li>Martinez, R. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Robotic+tentacles+with+three-dimensional+mobility+based+on+flexible+elastomers.">Robotic tentacles with three-dimensional mobility based on flexible elastomers.</a> Advanced Materials. 25 (2), 205-212 (2013).</li><li>Polygerinos, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modeling+of+Soft+Fiber-Reinforced+Bending+Actuators.">Modeling of Soft Fiber-Reinforced Bending Actuators.</a> IEEE Transactions on Robotics. 31 (3), 778-789 (2015).</li><li>Mosadegh, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pneumatic+Networks+for+Soft+Robotics+that+Actuate+Rapidly.">Pneumatic Networks for Soft Robotics that Actuate Rapidly.</a> Advanced Functional Materials. 24 (15), 2163-2170 (2014).</li><li>Wang, T., Ge, L., Gu, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Programmable+design+of+soft+pneu-net+actuators+with+oblique+chambers+can+generate+coupled+bending+and+twisting+motions.">Programmable design of soft pneu-net actuators with oblique chambers can generate coupled bending and twisting motions.</a> Sensors and Actuators A: Physical. 271, 131-138 (2018).</li><li>Marchese, A. D., Katzschmann, R. K., Rus, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Recipe+for+Soft+Fluidic+Elastomer+Robots.">A Recipe for Soft Fluidic Elastomer Robots.</a> Soft Robotics. 2 (1), 7-25 (2015).</li></ol>

Die Autoren haben nichts preisgeben.

Der Beitrag stellt ein Protokoll über Methode zur Herstellung von weichen pneumatische Netzwerk Aktoren mit schrägen Kammern führen. Im Anschluss an das Protokoll kann ein Aktor selbstständig innerhalb von 3 h hergestellt werden. Die wichtigsten Schritte im Protokoll können wie folgt zusammengefasst werden. (i) das Silikon-Elastomer ist im Verhältnis vorbereitet und gut gemischt. (Ii) das Silikon-Elastomer ist in die Form für die Herstellung von der Kammer und dem base Teil gegossen. (Iii) die Luftblasen auf die f...

Weiche pneumatische Antriebe (BSG) sind weiche Geräte, die durch die einfache Eingabe von Luft Druck1,2betätigt werden können. Sie können mit verschiedenen Materialien wie Silikon Elastomere3, Stoffe4, Formgedächtnis-Polymere5und Dielektrische Elastomere6hergestellt werden. Forscher profitierten von ihrer Natur von Compliance, geschickten Bewegungen und einfache Herstellung Methoden7, so dass Spa eines der vielversprechendsten Geräte für weiche Robotik-Anwendungen8,9geworden sind. Thermen realisieren verschiedene anspruchsvolle Bewegungen, wie10, Drehung11, kriechend und Rollen12 basierend auf verschiedenen Arten der Verformung, einschließlich der Verlängerung, Erweiterung, biegen und verdrehen13, 14. um verschiedene Arten von Bewegungen machen zu können, sollen in verschiedenen Strukturen, z. B. eine lineare Körper mit parallelen Kanälen15, einer monolithischen Kammer mit Glasfaser-Verstärkung16, Thermen und Netzwerke von wiederholt teilkammern17. Unter ihnen sind die Thermen mit Netzen von wiederholten teilkammern, weiche pneumatische Netzwerk Aktoren, weit verbreitet eingesetzt, da sie große Verformungen unter einer relativ niedrigen Eingangsdruck erzeugen können. Jedoch kann die meisten früheren Entwürfe, diese Art von Aktoren nur Verbiegende Bewegungen in 2-D-Raum, generieren ihre Anwendungen erheblich einschränkt.
Eine weiche pneumatische Netzwerk Antrieb besteht aus einer linear angeordnete Gruppe von Kammern, die durch einen internen Kanal verbunden. Jeder Kubikmeter Kammer enthält ein paar der gegenüberliegenden Wänden, die dünner als die anderen beiden sind und produziert eine zweiseitige Inflation in der Richtung senkrecht zu den dünneren Wänden. Ursprünglich die dünnere Wände der Kammern sind senkrecht zur Längsachse des Körpers Antrieb und zusammen mit der langen Achse aufblasen. Diese kollinearen Inflationen in Kammern und der nicht erweiterbare Basis führen zu ein integraler reine Biegung des Antriebs. Um den Aktor Bewegung im 3D-Raum zu erkunden, ist die Ausrichtung der Kammern abgestimmt, so dass die dünneren Seitenwände nicht mehr senkrecht zur Längsachse des Antriebs (Abb. 1A), sind die Inflation Richtung jeder Kammer ermöglicht zum Ausgleich von der Achse und werden nicht kollinear. Alle parallelen, aber nicht kollinear Inflationen verwandeln sich die Bewegung des Antriebs in einer gekoppelten Biege- und Drehbewegung im 3D-Raum18. Diese gekoppelte Bewegung ermöglicht die Antriebe mehr Flexibilität und Geschicklichkeit und Aktoren einen geeigneten Kandidat für praktische Anwendungen, z. B. flexible Manipulatoren, biologisch inspirierte Roboter und medizinische Geräte.
Dieses Protokoll zeigt die Herstellung dieser Art von weichen pneumatische Netzwerk Aktoren mit schrägen Kammern. Freuen Sie sich auf Vorbereitung der Silikon-Elastomer, Herstellung von Kammer und Unterteile, Montage des Antriebs, den Schlauch anschließen, auf Dichtheit prüfen und ggf. Reparatur des Antriebs. Es kann auch zur fertigen normalen weichen pneumatische Netzwerk Aktoren und andere weiche Aktoren, die mit einigen einfachen Änderungen an Spritzguss-Verfahren hergestellt werden können. Wir bieten detaillierte Schritte, um eine weiche Pneumatikantrieb mit 30° schräge Kammern zu fabrizieren. Für unterschiedliche Anwendungen können Stellantriebe mit verschiedenen Kammer Winkel nach dem gleichen Protokoll hergestellt werden. Darüber hinaus können die Antriebe zu einem Multi-Antrieb System für verschiedene Anforderungen kombiniert werden.

<table><tbody><tr><td>Silicone elastomer</td><td>Wacker</td><td>ELASTOSIL M4601 A/B</td><td>Material of the actuators</td></tr><tr><td>Syringe&amp;nbsp;</td><td>Shanghai Kindly Medical Instruments&amp;nbsp;</td><td>10 ml</td><td>Used to inject silicone rubber into the hole of the mold for fabricating the connection end</td></tr><tr><td>Precision scale</td><td>Shanghai Hochoice</td><td>UTP-313</td><td>Used to weigh the silicone rubber</td></tr><tr><td>Planetary centrifugal vacuum mixer</td><td>THINKY</td><td>ARE-310</td><td>Used to mix the silicone rubber and defoam after mixing process</td></tr><tr><td>Release agent</td><td>Smooth-on</td><td>Release 200</td><td>Used for ease of demolding&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Needle</td><td>Shanghai Kindly Medical Instruments&amp;nbsp;</td><td></td><td>Used for Piercing the bubbles form on the surface</td></tr><tr><td>Utility blade</td><td>M&amp;amp;G Chenguang Stationery</td><td>ASS91325</td><td>Used for Scraping off excess silicone rubber along the upper surface of the mold&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Vacuum oven</td><td>Ningbo SI Instrument</td><td>DZF-6050</td><td>Used to reduce the cure time of the silicone rubber</td></tr><tr><td>Male stud push in fit pneumatic fitting</td><td>Zhe Jiang BLCH Pneumatic Science &amp;amp; Technology</td><td>PC4-01</td><td>Used to connect the tubing and the 3D-printed actuator tubing connector</td></tr><tr><td>Tubing</td><td>SMC</td><td>TU0425</td><td>Used for actuating the actuators</td></tr><tr><td>Vacuum pump</td><td>Zhe Jiang BLCH Pneumatic Science &amp;amp; Technology</td><td></td><td>Used as the air source</td></tr><tr><td>Pressure valve</td><td>Zhe Jiang BLCH Pneumatic Science &amp;amp; Technology</td><td>IR1000-01BG</td><td>Used for adjusting the input air pressure</td></tr></tbody></table>

fabrication of soft pneumatic network actuators with oblique chambers

Weiche pneumatische Netzwerk Aktoren sind eines der vielversprechendsten Betätigung Geräte in der weiche Robotik welche Vorteile aus ihrer großen Biegung Verformung und low-Input geworden. Jedoch hält sie ihre monotonen Biegung Bewegung Form im zweidimensionalen (2D) Raum vom breite Anwendungen. Dieses Papier stellt eine detaillierte Herstellungsverfahren weichen pneumatische Netzwerk Antriebe mit schrägen Kammern, um ihre Bewegungen im dreidimensionalen (3D) Raum zu erkunden. Das Design der schrägen Kammern ermöglicht Stellantriebe mit einstellbaren biegen und verdrehen Fähigkeiten, verleiht ihnen die Möglichkeit, in flexiblen Manipulatoren geschickt bewegen, biologisch inspirierte Roboter und Medizinprodukte werden gekoppelt. Die Fertigung basiert auf die Formteil-Methode, einschließlich Silikon Elastomer Vorbereitung, Kammer und Basis Teile Fertigung, Aktor Montage, Schlauchverbindungen, Kontrollen auf Dichtheit und Antrieb Reparatur. Das Herstellungsverfahren garantiert die schnelle Herstellung einer Reihe von Aktoren mit wenigen Modifikationen in den Formen. Die Testergebnisse zeigen die hohe Qualität der Antriebe und deren prominente biegen und verdrehen Fähigkeiten. Versuche des Greifers zeigen die Vorteile der Entwicklung bei der Anpassung an Objekten mit unterschiedlichen Durchmessern und Bereitstellung ausreichend Reibung.

Einzigen Antrieb: Um die Herstellungsverfahren zu überprüfen und zeigen die Funktion des Antriebs, 30°, 45° und 60° wurden Aktoren hergestellt und getestet. Für das Experiment Set-up war eine Luftpumpe eingesetzt, um das Ventil zu aktivieren. Das Ventil war der Antrieb, den internen Druck zu kontrollieren verbunden. Der einzige Antrieb wurde an seinem Ende Verbindung und vertikal angeordnet. Während der Antrieb unter Druck war, wurden zwei Digitalkameras verwend...

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Fabrication of Soft Pneumatic Network Actuators with Oblique Chambers

Hier präsentieren wir ein Herstellungsverfahren von weichen pneumatische Netzwerk Aktoren mit schrägen Kammern. Die Aktuatoren sind geeignet zur Erzeugung gekoppelten biegen und verdrehen Bewegungen, die erweitert ihre Anwendung in der weiche Robotik.

Herstellung von weichen pneumatische Netzwerk Aktoren mit schrägen Kammern

Soft pneumatic network actuators have become one of the most promising actuation devices in soft robotics which benefits from their large bending ...

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Research

JoVE Journal

Engineering

9.0K Aufrufe.  Shanghai Jiao Tong University. Hier präsentieren wir ein Herstellungsverfahren von weichen pneumatische Netzwerk Aktoren mit schrägen Kammern. Die Aktuatoren sind geeignet zur Erzeugung gekoppelten biegen und verdrehen Bewegungen, die erweitert ihre Anwendung in der weiche Robotik.

Serie: Fabrication of Soft Pneumatic Network Actuators with Oblique Chambers

Fabrication of Low Temperature Carbon Nanotube Vertical Interconnects Compatible with Semiconductor Technology

We demonstrate a method for the low temperature growth (350 &#176;C) of vertically-aligned carbon nanotubes (CNT) bundles on electrically conductive thin-films. Due to the low growth temperature, the process allows integration with modern low-&#954; dielectrics and some flexible substrates. The process is compatible with standard semiconductor fabrication, and a method for the fabrication of electrical 4-point probe test structures for vertical interconnect test structures is presented. Using scanning electron microscopy the morphology of the CNT bundles is investigated, which demonstrates vertical alignment of the CNT and can be used to tune the CNT growth time. With Raman spectroscopy the crystallinity of the CNT is investigated. It was found that the CNT have many defects, due to the low growth temperature. The electrical current-voltage measurements of the test vertical interconnects displays a linear response, indicating good ohmic contact was achieved between the CNT bundle and the top and bottom metal electrodes. The obtained resistivities of the CNT bundle are among the average values in the literature, while a record-low CNT growth temperature was used.

A method for the growth of low temperature vertically-aligned carbon nanotubes, and the subsequent fabrication of vertical interconnect electrical test structures using semiconductor fabrication is presented.

Herstellung von Niedertemperatur-Carbon Nanotube Vertikale Verbindungen Kompatibel mit Halbleitertechnik

We demonstrate a method for the low temperature growth (350 &#176;C) of vertically-aligned carbon nanotubes (CNT) bundles on electrically conductive ...

Forschung

Ingenieurwesen

Fabrication Process of Silicone-based Dielectric Elastomer Actuators

This contribution demonstrates the fabrication process of dielectric elastomer transducers (DETs). DETs are stretchable capacitors consisting of an elastomeric dielectric membrane sandwiched between two compliant electrodes. The large actuation strains of these transducers when used as actuators (over 300% area strain) and their soft and compliant nature has been exploited for a wide range of applications, including electrically tunable optics, haptic feedback devices, wave-energy harvesting, deformable cell-culture devices, compliant grippers, and propulsion of a bio-inspired fish-like airship. In most cases, DETs are made with a commercial proprietary acrylic elastomer and with hand-applied electrodes of carbon powder or carbon grease. This combination leads to non-reproducible and slow actuators exhibiting viscoelastic creep and a short lifetime. We present here a complete process flow for the reproducible fabrication of DETs based on thin elastomeric silicone films, including casting of thin silicone membranes, membrane release and prestretching, patterning of robust compliant electrodes, assembly and testing. The membranes are cast on flexible polyethylene terephthalate (PET) substrates coated with a water-soluble sacrificial layer for ease of release. The electrodes consist of carbon black particles dispersed into a silicone matrix and patterned using a stamping technique, which leads to precisely-defined compliant electrodes that present a high adhesion to the dielectric membrane on which they are applied.

This manuscript shows the fabrication process for the manufacture of dielectric elastomer soft actuators based on silicone membranes. The three key stages of production are presented in detail: blade casting of thin silicone membranes; pad printing of compliant electrodes; and the assembly of all the components.

Herstellungsverfahren einer Silikonbasis Dielectric Elastomer Actuators

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Indirect Fabrication of Lattice Metals with Thin Sections Using Centrifugal Casting

One of the typical methods to manufacture 3D lattice metals is the direct-metal additive manufacturing (AM) process such as Selective Laser Melting (SLM) and Electron Beam Melting (EBM). In spite of its potential processing capability, the direct AM method has several disadvantages such as high cost, poor surface finish of final products, limitation in material selection, high thermal stress, and anisotropic properties of parts. We propose a cost-effective method to manufacture 3D lattice metals. The objective of this study is to provide a detailed protocol on fabrication of 3D lattice metals having a complex shape and a thin wall thickness; e.g., octet truss made of Al and Cu alloys having a unit cell length of 5 mm and a cell wall thickness of 0.5 mm. An overall experimental procedure is divided into eight sections: (a) 3D printing of sacrificial patterns (b) melt-out of support materials (c) removal of residue of support materials (d) pattern assembly (e) investment (f) burn-out of sacrificial patterns (g) centrifugal casting (h) post-processing for final products. The suggested indirect AM technique provides the potential to manufacture ultra-lightweight lattice metals; e.g., lattice structures with Al alloys. It appears that the process parameters should be properly controlled depending on materials and lattice geometry, observing the final products of octet truss metals by the indirect AM technique.

An indirect additive manufacturing method combining a 3D printing of polymers with a centrifugal casting is outlined for manufacturing 3D octet truss metals (Al and Cu alloys) having a unit cell length of 5 mm with a wall thickness of 0.5 mm.

Indirekte Herstellung von Lattice Metals mit Dünnschliffen Mit Schleuderguss

One of the typical methods to manufacture 3D lattice metals is the direct-metal additive manufacturing (AM) process such as Selective Laser Melting (SLM) ...

A Fabrication Method for Highly Stretchable Conductors with Silver Nanowires

Stretchable electronics are identified as a key technology for electronic applications in the next generation. One of the challenges in fabrication of stretchable electronic devices is the preparation of stretchable conductors with great mechanical stability. In this study, we developed a simple fabrication method to chemically solder the contact points between silver nanowire (AgNW) networks. AgNW nanomesh was first deposited on a glass slide via spray coating method. A reactive ink composed of silver nanoparticle (AgNPs) precursors was applied over the spray coated AgNW thin films. After heating for 40 min, AgNPs were preferentially generated over the nanowire junctions to solder the AgNW nanomesh, and reinforced the conducting network. The chemically modified AgNW thin film was then transferred to polyurethane (PU) substrates by casting method. The soldered AgNW thin films on PU exhibited no obvious change in electrical conductivity under stretching or rolling process with elongation strains up to 120%.

A simple synthesis method is used to chemically solder silver nanowire thin film to fabricate highly stretchable and conductive metal conductors.

Ein Herstellungsverfahren für hochverstreckbare Leiter mit Silber Nanodrähte

Stretchable electronics are identified as a key technology for electronic applications in the next generation. One of the challenges in fabrication of ...

Free-form Light Actuators &#8212; Fabrication and Control of Actuation in Microscopic Scale

Liquid crystalline elastomers (LCEs) are smart materials capable of reversible shape-change in response to external stimuli, and have attracted researchers&#39; attention in many fields. Most of the studies focused on macroscopic LCE structures (films, fibers) and their miniaturization is still in its infancy. Recently developed lithography techniques, e.g., mask exposure and replica molding, only allow for creating 2D structures on LCE thin films. Direct laser writing (DLW) opens access to truly 3D fabrication in the microscopic scale. However, controlling the actuation topology and dynamics at the same length scale remains a challenge.
In this paper we report on a method to control the liquid crystal (LC) molecular alignment in the LCE microstructures of arbitrary three-dimensional shape. This was made possible by a combination of direct laser writing for both the LCE structures as well as for micrograting patterns inducing local LC alignment. Several types of grating patterns were used to introduce different LC alignments, which can be subsequently patterned into the LCE structures. This protocol allows one to obtain LCE microstructures with engineered alignments able to perform multiple opto-mechanical actuation, thus being capable of multiple functionalities. Applications can be foreseen in the fields of tunable photonics, micro-robotics, lab-on-chip technology and others.

Here, we fabricate 3D polymeric micro/nano structures in which both the shape and the molecular alignment can be engineered with nanometer scale accuracy by the use of direct laser writing. Light induced deformation of several types of liquid crystalline elastomer microstructures can be controlled in the microscopic scale.

Freiform-Lichtaktoren - Herstellung und Steuerung der Betätigung in mikroskopischer Skala

Liquid crystalline elastomers (LCEs) are smart materials capable of reversible shape-change in response to external stimuli, and have attracted ...

Design and Fabrication of an Elastomeric Unit for Soft Modular Robots in Minimally Invasive Surgery

In recent years, soft robotics technologies have aroused increasing interest in the medical field due to their intrinsically safe interaction in unstructured environments. At the same time, new procedures and techniques have been developed to reduce the invasiveness of surgical operations. Minimally Invasive Surgery (MIS) has been successfully employed for abdominal interventions, however standard MIS procedures are mainly based on rigid or semi-rigid tools that limit the dexterity of the clinician. This paper presents a soft and high dexterous manipulator for MIS. The manipulator was inspired by the biological capabilities of the octopus arm, and is designed with a modular approach. Each module presents the same functional characteristics, thus achieving high dexterity and versatility when more modules are integrated. The paper details the design, fabrication process and the materials necessary for the development of a single unit, which is fabricated by casting silicone inside specific molds. The result consists in an elastomeric cylinder including three flexible pneumatic actuators that enable elongation and omni-directional bending of the unit. An external braided sheath improves the motion of the module. In the center of each module a granular jamming-based mechanism varies the stiffness of the structure during the tasks. Tests demonstrate that the module is able to bend up to 120&#176; and to elongate up to 66% of the initial length. The module generates a maximum force of 47 N, and its stiffness can increase up to 36%.

This paper describes the design and fabrication of a soft unit for surgical manipulators. The base module includes three flexible fluidic actuators to achieve omnidirectional bending and elongation, and a granular jamming-based mechanism to enable stiffness control. A complete mechanical characterization is also reported.

Konstruktion und Herstellung eines Elastomer-Einheit für Soft Modular Robots in die Minimal Invasive Chirurgie

In recent years, soft robotics technologies have aroused increasing interest in the medical field due to their intrinsically safe interaction in ...

Biotechnik

Rapid Manufacturing of Thin Soft Pneumatic Actuators and Robots

This protocol describes a method for rapid manufacturing of soft pneumatic actuators and robots with an ultrathin form factor using a heat press and a laser cutter machine. The method starts with the lamination of thermoplastic polyurethane (TPU) sheets using a heat press for 10 min at the temperature of ~93 &#176;C. Next, the parameters of the laser cutter machine are optimized to produce a rectangular balloon with maximum burst pressure. Using the optimized parameters, the soft actuators are laser cut/welded three times sequentially. Next, a dispensing needle is attached to the actuator, allowing it to be inflated. The effect of geometrical parameters on the deflection of the actuator are studied systematically by varying the channel width and length. Finally, the performance of the actuator is characterized using an optical camera and a fluid dispenser. Conventional fabrication methods of soft pneumatic actuators based on silicone molding are time consuming (several hours). They also result in strong but bulky actuators, which limits the actuator&#8217;s applications. Moreover, microfabrication of thin pneumatic actuators is both time-consuming and expensive. The proposed manufacturing method in the current work resolves these issues by introducing a fast, simple, and cost-effective fabrication method of ultrathin pneumatic actuators.

This protocol describes a method for rapid manufacturing of soft pneumatic actuators and robots with a thin form factor. The fabrication method starts with lamination of thermoplastic polyurethane (TPU) sheets followed by laser cutting/welding of a two-dimensional pattern to form actuators and robots.

Schnelle Fertigung von dünnen Soft Pneumatikantrieben und Robotern

This protocol describes a method for rapid manufacturing of soft pneumatic actuators and robots with an ultrathin form factor using a heat press and a ...

Rod-based Fabrication of Customizable Soft Robotic Pneumatic Gripper Devices for Delicate Tissue Manipulation

Soft compliant gripping is essential in delicate surgical manipulation for minimizing the risk of tissue grip damage caused by high stress concentrations at the point of contact. It can be achieved by complementing traditional rigid grippers with soft robotic pneumatic gripper devices. This manuscript describes a rod-based approach that combined both 3D-printing and a modified soft lithography technique to fabricate the soft pneumatic gripper. In brief, the pneumatic featureless mold with chamber component is 3D-printed and the rods were used to create the pneumatic channels that connect to the chamber. This protocol eliminates the risk of channels occluding during the sealing process and the need for external air source or related control circuit. The soft gripper consists of a chamber filled with air, and one or more gripper arms with a pneumatic channel in each arm connected to the chamber. The pneumatic channel is positioned close to the outer wall to create different stiffness in the gripper arm. Upon compression of the chamber which generates pressure on the pneumatic channel, the gripper arm will bend inward to form a close grip posture because the outer wall area is more compliant. The soft gripper can be inserted into a 3D-printed handling tool with two different control modes for chamber compression: manual gripper mode with a movable piston, and robotic gripper mode with a linear actuator. The double-arm gripper with two actuatable arms was able to pick up objects of sizes up to 2 mm and yet generate lower compressive forces as compared to elastomer-coated and non-coated rigid grippers. The feasibility of having other designs, such as single-arm or hook gripper, was also demonstrated, which further highlighted the customizability of the soft gripper device, and it's potential to be used in delicate surgical manipulation to reduce the risk of tissue grip damage.

This protocol describes a rod-based approach, combining 3D-printing and soft lithography techniques for fabricating the soft gripper devices. This approach eliminates the need for an external air source by incorporating a chamber component and reduces the chance of occlusion during the sealing process, particularly for miniaturized pneumatic channels.

Rod-basierte Herstellung von Anpassbare Weiche Robotic Pneumatic Gripper Geräte für empfindliche Gewebe Manipulation

Soft compliant gripping is essential in delicate surgical manipulation for minimizing the risk of tissue grip damage caused by high stress concentrations ...

Fabrication of Carbon-Based Ionic Electromechanically Active Soft Actuators

Ionic electromechanically active capacitive laminates are a type of smart material that move in response to electrical stimulation. Due to the soft, compliant and biomimetic nature of this deformation, actuators made of the laminate have received increasing interest in soft robotics and (bio)medical applications. However, methods to easily fabricate the active material in large (even industrial) quantities and with a high batch-to-batch and within-batch repeatability are needed to transfer the knowledge from laboratory to industry. This protocol describes a simple, industrially scalable and reproducible method for the fabrication of ionic carbon-based electromechanically active capacitive laminates and the preparation of actuators made thereof. The inclusion of a passive and chemically inert (insoluble) middle layer (e.g., a textile-reinforced polymer network or microporous Teflon) distinguishes the method from others. The protocol is divided into five steps: membrane preparation, electrode preparation, current collector attachment, cutting and shaping, and actuation. Following the protocol results in an active material that can, for example, compliantly grasp and hold a randomly shaped object as demonstrated in the article.

This article describes a fast and simple manufacturing process of ionic electromechanically active composite materials for actuators in biomedical, biomimetic and soft robotics applications. The key fabrication steps, their importance for the actuators&#39; final properties, and some of the main characterization techniques are described in detail.

Herstellung von kohlenstoffbasierten ionischen Elektromechanischen Soft Actuatoren

Ionic electromechanically active capacitive laminates are a type of smart material that move in response to electrical stimulation. Due to the soft, ...

Manufacturing, Control, and Performance Evaluation of a Gecko-Inspired Soft Robot

This protocol presents a method for manufacturing, control, and evaluation of the performance of a soft robot that can climb inclined flat surfaces with slopes of up to 84&#176;. The manufacturing method is valid for the fast pneunet bending actuators in general and might, therefore, be interesting for newcomers to the field of actuator manufacturing. The control of the robot is achieved by means of a pneumatic control box that can provide arbitrary pressures and can be built by only using purchased components, a laser cutter, and a soldering iron. For the walking performance of the robot, the pressure-angle calibration plays a crucial role. Therefore, a semi-automated method for the pressure-angle calibration is presented. At high inclines (&#62; 70&#176;), the robot can no longer reliably fix itself to the walking plane. Therefore, the gait pattern is modified to ensure that the feet can be fixed on the walking plane.

This protocol provides a detailed list of steps to be performed for the manufacturing, control and evaluation of the climbing performance of a gecko-inspired soft robot.

Herstellung, Steuerung und Leistungsbewertung eines Gecko-inspirierten Softroboters

This protocol presents a method for manufacturing, control, and evaluation of the performance of a soft robot that can climb inclined flat surfaces with ...