我們可以從大自然中學到什麼?動物世界中的哪些能力可以用於工業應用?多年來,我們一直在仿生學習網絡中研究這些問題。我們與多所大專院校、研究所和研發公司合作,開發基本技術原理基於自然界的研究平台。一個反復出現的話題是象鼻獨特的運動和功能。
隨著 Bionic Handling Assistant (2010)、BionicMotionRobot (2017) 和 BionicSoftArm (2019) 的問世,一系列輕量化氣動機械臂應運而生。它們擁有柔性波紋管結構,可以輕鬆再現其自然模型的流動運動序列。在開發過程中,這些仿生機械臂的結構變得越來越精巧,尺寸越來越小,調試速度越來越快。
我們的開發人員與德國 Saarbrücken 的機電一體化和自動化技術中心合作,設計出結構精巧的 Bionic E-Trunk,進一步推進了小型化的理念,首次透過電動實現了自然的運動形式。
Bionic E-Trunk 由兩個 140 毫米長的錐形部分組成。其核心包括一個由 3D 列印材料製成的結構和一個用於縱向穩定的超彈性桿。由一種特殊金屬材料製成的金屬絲,即所謂的形狀記憶合金,排列在這個類似脊柱的核心周圍。
在溫度的影響下,形狀記憶合金有兩種不同的結構:如果加熱,例如通電時,金屬絲會變短。而冷卻後,它們「記得」以前的形狀,並恢復到原始狀態。因此,Bionic E-Trunk 能夠在任何空間方向上以受控的方式單獨彎曲。金屬絲越細,溫度上升就越快,再次冷卻也越快,因此對其驅動方式的反應也越快。
在概念開發階段,開發人員選擇了一種類似於先前氣動象鼻專案的設計。每段有三個金屬絲束,每個金屬絲束由兩到四根單獨的金屬絲組成。因此,單獨啟動金屬絲,即可在限定的方向上進行操縱。元件中的人造肌腱相互作用,Bionic E-Trunk 從而能夠實現流暢且靈活的運動。
由於其自重僅為 12 克,可以透過形狀記憶合金製成的驅動器輕鬆移動行李箱。與其他驅動原理相比,它們具有最高的力重量比。
當與微型夾爪結合使用時,Bionic E-Trunk 可以用來抓取小型物體。此外,此概念還可用於生命科學領域的滴液過程。撓性氣管可以連接到 Bionic E-Trunk 的側面,用於從容器中移除液體並填充其他容器,或清潔有目標氣流的封閉區域。
雖然這些氣動先例專門用於展示如何以合適的方式抓取物體,但 Bionic E-Trunk 可以用於實現象鼻的其他功能,例如攝入和輸送液體或空氣。