多合一3D打印方法實(shí)現(xiàn)一步構(gòu)建機(jī)器人，還可跑跳和自主決策

南極熊導(dǎo)讀，大多數(shù)機(jī)器人，無(wú)論大小，通常都需要一系列復(fù)雜的制造流程，該過(guò)程匯集了肢體、電子設(shè)備和有源組件。因此，將原本不屬于一體的零件組合到一起后，導(dǎo)致它們質(zhì)量重、體積大和力量不足。能否考慮使用3D打印技術(shù)將它們一體會(huì)化？

2022年6月19日，南極熊獲悉，加州大學(xué)（UCLA）的工程師，開(kāi)發(fā)了一種新的設(shè)計(jì)策略和3D打印技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)一步構(gòu)建可以行走、機(jī)動(dòng)和跳躍的微型機(jī)器人。

△由UCLA工程師開(kāi)發(fā)的3D打印“元機(jī)器人”，可以行走、機(jī)動(dòng)和跳躍

突破性的3D打印工藝
制造這種微型機(jī)器人所需的整個(gè)機(jī)械和電子系統(tǒng)，僅通過(guò)一種新型3D打印工藝，即可實(shí)現(xiàn)一次成型。由于采用一種具有多種功能的工程活性材料或“超材料”，一旦3D打印出來(lái)后，“元機(jī)器人”就可以執(zhí)行不同的任務(wù)——推進(jìn)、運(yùn)動(dòng)、傳感和自我決策。

打印出來(lái)的超材料大致可分為傳感、移動(dòng)和結(jié)構(gòu)單元組成，這些元素在被編程后會(huì)自行移動(dòng)。由于移動(dòng)和傳感的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)建成，唯一需要的是一個(gè)外部組件，為機(jī)器人供電的小電池。

△一種3D打印的壓電超材料晶格，構(gòu)成了UCLA開(kāi)發(fā)的“元機(jī)器人”的基礎(chǔ)

潛在的應(yīng)用
首先，每個(gè)機(jī)器人都有指甲那么大，該團(tuán)隊(duì)在該機(jī)器人內(nèi)部，集成了一個(gè)板載電池和控制器，可實(shí)現(xiàn)3D打印機(jī)器人的完全自主控制。據(jù)研究人員稱(chēng)，該方法可能會(huì)改變?yōu)楝F(xiàn)有生物醫(yī)學(xué)機(jī)器人的設(shè)計(jì)方式，例如自轉(zhuǎn)向內(nèi)窺鏡或微型血管機(jī)器人，它們可以通過(guò)導(dǎo)航到達(dá)血管內(nèi)指定地點(diǎn)并發(fā)射超聲波，從而在體內(nèi)特定目標(biāo)部位輸送藥物。

另外，在其他領(lǐng)域，元機(jī)器人還可以執(zhí)行危險(xiǎn)環(huán)境下的探測(cè)任務(wù)，例如倒塌的建筑物，機(jī)器人可以快速進(jìn)入密閉空間，并評(píng)估安全級(jí)別，最終可用于被困人員搜救工作。

開(kāi)發(fā)新的機(jī)器人材料
加州大學(xué)洛杉磯分校開(kāi)發(fā)的一體化方法的關(guān)鍵點(diǎn)是，設(shè)計(jì)和打印壓電超材料，據(jù)說(shuō)，這種新材料可以根據(jù)電場(chǎng)改變形狀和移動(dòng)。機(jī)器人材料由復(fù)雜的壓電和結(jié)構(gòu)元件組成，這些元件旨在高速?gòu)澢�、彎曲、扭曲、旋轉(zhuǎn)、膨脹或收縮。該團(tuán)隊(duì)還提出了一種可用于設(shè)計(jì)機(jī)器人材料的方法，使用戶(hù)能夠創(chuàng)建自己的模型，并將材料直接打印到機(jī)器人中。

△該研究已發(fā)表在《科學(xué)》雜志上，獲得更多資料可查看《本體感知三維架構(gòu)超材料機(jī)器人的設(shè)計(jì)和打印》（點(diǎn)我傳送門(mén)）

該研究的主要作者，加州大學(xué)洛杉磯分校鄭氏增材制造，和超材料實(shí)驗(yàn)室的博士后崔華晨說(shuō)：“這使得驅(qū)動(dòng)元件可以在整個(gè)機(jī)器人中精確布置，它最終可用于各位地形商的快速、復(fù)雜和擴(kuò)展的運(yùn)動(dòng)�！�

他補(bǔ)充道：“借助雙向壓電效應(yīng)，超材料還可以自我感知它們的扭曲，通過(guò)回聲和超聲波探測(cè)障礙物，并通過(guò)反饋控制回路對(duì)外部刺激做出反應(yīng)，該反饋回路可決定機(jī)器人如何移動(dòng)，控制速度以及向哪個(gè)目標(biāo)移動(dòng)�！�

使用他們的新技術(shù)，研究人員構(gòu)建并展示了三個(gè)具有不同功能的元機(jī)器人。一個(gè)機(jī)器人自主避開(kāi)隨機(jī)放置它周?chē)�的障礙物，另一個(gè)機(jī)器人可以在接觸撞擊時(shí)逃脫，而第三個(gè)機(jī)器人可以在崎嶇的地形上行走，甚至可以小幅度跳躍。

這種新的3D打印技術(shù)，未來(lái)將在機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，有助于使此類(lèi)機(jī)器人的高速發(fā)展。