Actuador blando de respuesta rápida y rigidez ajustable mediante impresión 3D multimaterial híbrida

Resumen Los robots blandos tienen las atractivas ventajas de ser altamente flexibles y adaptativos a entornos complejos. Sin embargo, la naturaleza de baja rigidez de los materiales constitutivos hace que los sistemas robóticos blandos sean incompetentes en tareas que requieren una capacidad de carga relativamente alta. A pesar de los recientes intentos de desarrollar actuadores blandos ajustables en rigidez mediante el uso de materiales y estructuras de rigidez variable, los actuadores reportados generalmente sufren de limitaciones que incluyen respuestas lentas, pequeñas deformaciones y dificultades en la fabricación con microcaracterísticas. Este trabajo presenta un paradigma para diseñar y fabricar actuadores blandos de respuesta rápida y rigidez ajustable (FRST) a través de la impresión 3D multimaterial híbrida. La integración de una capa de polímero con memoria de forma en el cuerpo del actuador completamente impreso mejora su rigidez hasta 120 veces sin sacrificar flexibilidad y adaptabilidad. El circuito de calentamiento Joule impreso y el microcanal de enfriamiento fluidico permiten tasas de calentamiento y enfriamiento rápidas y permiten que el actuador FRST complete un ciclo de suavizado-rigidez en 32 s. Se utilizan simulaciones numéricas para optimizar la capacidad de carga y las tasas térmicas. La alta capacidad de carga y la adaptabilidad de forma del actuador FRST se demuestran finalmente mediante un agarre robótico con tres actuadores FRST que pueden agarrar y levantar objetos de formas arbitrarias y varios pesos que van desde menos de 10 g hasta 1.5 kg.