結合 3D 列印與拓墣最佳化，軟體機器人設計流程大幅改進
作者 Alan Chen | 發布日期 2021 年 07 月 12 日 17:50 |
新加坡科技設計大學研究團隊，近期在《進階材料科技》期刊發表研究成果，運用逐漸成熟的 3D 列印以及拓墣最佳化技術，大幅改進現有軟體機器人的設計流程，使材質運用、結構強度和運動表現都優於傳統設計生產方式。
軟體機器人（Soft Robots）是受到軟體動物及海洋生物的啟發，使用軟性材質製造，可做出與傳統硬性材質機器人不同的運動方式與功能，是機器人工程的一項新興領域。
由於先前缺乏一套有效的設計工具與流程，軟體機器人設計多半以手動方式打造機體，在誤差控制上較缺乏效率，因此由 Valdivia Alvarado 博士帶領的團隊，以 3D 列印的方式改善機體製造的穩定性，並使用拓墣最佳化（Topology Optimization, TO）技術，在輸入機體外型規格數據後，讓電腦以數學模型快速計算出最佳的內部結構組成，使設計和生產流程速度和穩定度提升許多。
研究團隊運用這一套設計組合，打造一款魟魚造型機器人，這款軟體機器人運用海洋生物的流體力學設計，加上軟性材質機體，可以在水中達到比傳統遙控潛水艇更快的速度，和更靈活的轉向。
在機體設計過程中，除了軀幹部分使用軟性材質外，最重要的魚鰭部位，研究團隊分別使用傳統設計方式，打造出硬性和軟性材質的魚鰭，再加上運用 TO 技術計算出來的混合材質，共三種構型進行實驗。
實驗結果顯示，使用 TO 技術與 3D 列印打造出來的混合材質魚鰭，在速度、強度和靈活度表現上，都比傳統方式設計的材質提升了 50% 以上。
Alvarado 博士指出，新的設計工具使得將來的軟體機器工程領域，設計者能夠更快速特製自己的機器人，並且減少機體打造過程的誤差，以及結構設計上的盲點，將使軟體機器人領域的發展進度更加快速。
附圖：▲帶領研發團隊的新加坡科技設計大學 Valdivia Alvarado 博士。（Source：SUTD）
▲研究團隊使用 3D 列印與 TO 技術，打造一種魟魚造型的水中軟體機器人，擁有更好的水中運動能力。（Source：lowjumpingfrog from Salt Lake City, USA, CC BY 2.0, via Wikimedia Commons）
資料來源：https://technews.tw/2021/07/12/sutd-team-advanced-the-design-flow-by-combining-3d-printing-and-to-technologies/
實驗誤差來源 在 邱博文物理實驗(0-8)：數據處理(8)誤差的種類 - YouTube 的推薦與評價
a.系統 誤差 (systematic errors)：此種 誤差 的特徵是所有的測量值都比真值偏大或偏小。這類型的 誤差 可分為儀器 誤差 (instrumental errors)因為儀器校正 ... ... <看更多>