【加點製造】近乎人類的手！機械手臂可舉重、抓水滴

Posted By 加點製造 AddMaker on 2 月 29, 2024 in 加點製造, 案例研究, 機器人, 特寫 | 0 comments

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作者：Addmaker

機械手臂設計上模仿人類手部關節機能，透過軸臂環繞基底主體做軸承旋轉執行動作，可在平面或三度空間進行運動或使用線性位移移動，這種自動化控制設備主要用於工業製造上，而在商業農業、醫療救援、娛樂服務、軍事保全甚至在太空探索等領域也能發現相關應用裝置。

力道與精細兼具的機械爪

雖然許多機械手臂竭盡所能想要模仿人類的手，但至今還是無法像手指在強度、精準度、柔軟度等同時達成平衡。美國北卡羅萊州立大學近期發表了一款機械手臂末端，參考日本傳統藝術的紙雕技巧組成，有機會同時兼顧溫柔與強度之間的平衡。

日本的傳統紙雕藝術 Kirigami 與摺紙的關係十分密切，原本 2D 平面的紙張經過切割與摺疊，形成特定的 3D 立體形狀，在近代常被用來製作精巧的立體卡片、建築物模型等作品。

美國北卡羅萊州立大學本次發表的機械手臂末端，與常見、直覺的機械爪子非常不同，結構由扁平的材料經過多層細密切割而來，在經過扭曲與拉伸轉折之後，構成「一團」具有許多細密空間的機械爪，雖然看起來不直覺，卻能夠舉起高達自身重量 1 萬 6 千倍的物品，也能夠抓住一滴水或是超薄的微細纖維，精準度也足以翻動書頁。

（圖片來源：Addmaker 提供）

由於賦予此款夾具這些功能特性的重點來自於材料被切割與扭曲的方式，而不是材質本身，因此未來有需要的話，甚至可能可以選擇以可回收或分解的材料來製作機械爪的部分，來因應一些處理食物或是生物、醫學材料的需求。

除了在一般的機械手臂上進行測試，研究人員也挑戰將此款機械爪與由機電所控制的義肢串聯（這類義肢多半提供給手部有損傷的人協助生活使用）。實驗證明了在日常的情境下，機械爪可以運作得非常良好，可以勝任翻開書頁以及摘取藤蔓上的葡萄的工作，甚至可以進行一些現有義肢有困難的任務，像是拉拉鍊、撿起硬幣等，可輔助現有義肢功能，讓使用者的生活更便利。

除了輔助使用者的日常生活，新款機械爪兼顧平衡了強度、精密、靈活的設計，期待未來有機會在需要精準操作的製藥、電子製造領域有更多潛在運用的空間。

機械手列印細緻且耐用的羊毛氈

從手感滑順的正式西裝、內衣、內搭單品、運動裝、襪子、制服到保暖粗花呢、外套，羊毛是長期為人類所善用的動物纖維。近期荷蘭設計師 Christien Meindertsma 發明了一種利用羊毛進行「3D 列印」的機器手臂「Flocks Wobot」，讓業界首次能夠以羊毛建造出堅固而柔軟的立體結構，此一製程非常簡易環保，無需添加額外材料或耗費水。

從羊隻身上取下的羊毛經過洗滌，除去毛上的油脂和灰塵後，視纖維長度與材質的不同，通常會經過精紡或粗紡，製成粗紡毛紗或滑順的紗線與布料。「Flocks Wobot」機器人的成品，則善用廢棄羊毛，可以建構出更龐大、立體、複雜的形態，讓原本不適用於紡織使用的廢棄羊毛材料，有了廣泛的應用空間。

（圖片來源：Addmaker 提供）

Flocks Wobot 的技術特點，為創新的「羊毛氈」製程，以反覆細針戳刺讓羊毛纖維互相摩擦、糾結在一起形成立體結構而「氈化」，在這個過程中經過適當塑形，將羊毛束排列到所規劃的位置，成品類似 3D 列印一層一層堆疊成型，而與一般 3D 列印僅適用特定的材料不同，這款「3D 列印羊毛氈」的機械手臂，可以兼容使用不同類型、來源的羊毛，其中製成家具以耐用的粗羊毛效果最佳。