【机械工程】
软体机器人设计及4D打印技术研究
项目介绍
正式科研：1v1线上定制辅导
项目收获：科研报告、导师推荐信
科研补充包：48课时科研基础课+15课时学术写作基础课
涉及领域
本课题涉及到 软物质 | 流变学 | 机械设计 | 有限元仿真 | 智能材料 等方面的知识，适合申请 机械工程 | 高分子材料 | 人工智能 | 生物 | 力学 等相关专业的学生
适合人群
①有意提高自身知识水平及学术能力的学生
②有意掌握前沿科研热点及科研方法的学生
③有留学意向、跨专业深造的学生
研究前沿性
软体机器人具有传统刚性机器人所不具备的好的变形和适应复杂环境能力，3D打印软体机器人及4D打印技术是目前学术界研究热点，麻省理工学院、哈佛大学、NASA等研究机构率先开展相关研究。据不完全统计，2018年以来发表在Nature和Science上软体机器人相关文章达15篇以上。Science robotics 为2017年创刊的Science子刊，创刊以来，软体机器人方面相关论文占其论文总数20%以上。
目前国际上还没有智能流体自驱动的软体机器人，尚未实现软体结构完整4D打印。流体驱动式软体机器人的控制及4D打印的难点在于对材料流变特性的准确调控，因此亟待将流变学与软体机器人制作与控制相结合，开展相关研究。
因此本项目将以此为大背景，带领学生在了解软体机器人的发展历程、关键技术和未来发展方向的基础上，完成一次相对完整的软体机器人相关的科研任务。
研究介绍
本科研课题集成了机器人、仿生学、智能材料、增材制造等领域的新研究成果。在项目研究过程中，学生首先会对上述领域的研究进展进行整体性的认识与了解，大大地拓展自己的科研视野。
项目会根据学生的特点让学生选择一个案例进行深入研究，让学生完整体验软体机器人从设计到制造的各个环节。本项目涉及软物质、流变学、机械设计、有限元仿真、智能材料等领域，学生需具备其中一项或多项领域的相关基础知识。
项目涉及多种软物质体系及其流变学特性，包括高分子、纳米胶体、水凝胶等。项目中可能涉及到的设计、仿真及控制软件包括但不限于Solidworks、3Dmax、Comsol、Labview等。
课题要点
课题研究方法
文献阅读、方案提出与、仿真与优化、实践制作。
课题难点
涉及多学科交叉，项目过程中需阅读大量文献。
1v1定制化辅导参考任务
任务一
掌握查阅文献和研究方法
掌握查阅文献和面向文献学习的方法;
掌握文献管理的方法;
通过查阅文献，学习该方向的研究热点和方向;
掌握快速提炼文献重要信息的方法。
任务二
软体机器人总体方案论证
运动机理论证：对机器人运动进行步态分解，根据机器人运动特点选择合适的智能材料;
制造方案论证：确定机器人外壳和作动单元的制造方法，及零部件的连接方式;
控制方案论证：确定机器人的控制目标及控制硬件选型。
任务三
有限元仿真计算及参数优化
熟悉有限元仿真的原理，采用Comsol软件计算软体机器人内部的流场、磁场或热场;
根据有限元仿真结果计算机器人涉及的力学参数，对机器人控制进行优化。
任务四
机器人控制系统设计
熟悉Labview软件及其与数据采集卡和传感器的联用方法;
学习图像识相关知识并实现软体机器人的反馈控制。
任务五
3D或4D打印制造方案设计
熟悉软物质的组成及其流变特性;
根据3D打印及机器人功能的需求构建软物质体系，研究其制备工艺;
利用Solidworks或3Dmax软件对需要打印的机器人部分进行三维造型;
利用商用3D打印软件对打印模型进行切片，确定打印参数。
任务六
项目收尾
撰写整体报告;
准备一次20~30分钟的presentation。
(以上任务仅供参考，实际辅导根据定制化要求展开)
