基于3D打印的磁性軟體機器人

來源：悟空打印坊

MIT科學家團隊設計了一種基于3D打印的磁性軟體機器人，通過一個游戲手柄，就能控制該機器人“跳”“滾”“爬”，各種功能可以通過編程來實現。

背景簡介
能夠對光、熱、電進行響應并在三維上進行形狀改變的軟體材料在軟體機器人、柔性電子器件以及生物醫(yī)藥等領域有廣泛的應用。特別是磁場能夠為需要在遠程封閉空間控制的生物醫(yī)藥領域提供一種安全有效的操控方式。

創(chuàng)新點

圖1：3D打印噴頭設計

該團隊使用了一種特殊的打印墨水，由可磁化的鐵釹硼合金微粒和氣相二氧化硅納米粒子組成。在硅樹脂中的氣相二氧化硅是一種流變改性劑誘導產生墨水書寫所需的力學性能，這保證了墨水能順利通過噴嘴和層層堆疊。同時在打印噴頭處施加磁場，這樣我們就可以利用磁場調整粒子的方向（粒子沿著磁場方向排布），從而實現圖案化。

圖2：模型建立

該團隊建立了一個模型來預測經過編程的鐵磁疇在磁場下的3D打印的結構變化。通過他們的模型指導，他們設計了一種機械超材料，它能在應用范圍內，在0.5s內快速收縮，當磁場移開后，他們又能回復原狀。這樣利用磁場驅動，就避免了直接接觸的需要。

圖3：功能示意圖

經評估，這種3D打印的磁性軟體材料在0.1s-0.5s內應變水平為0.15-0.25，提供的功率密度范圍為22.3kwm-3-309.3kwm-3,遠遠超過了現有的3D打印的形狀可改變的材料。

未來展望
他們的新型3D打印方法，作為一個制造平臺，可以推廣到多種復合油墨使用不同類型的彈性體和水凝膠基質和磁性顆粒。在未來，他們在形狀可編程軟材料的設計和制造中引入了新的設計參數-磁疇圖、磁化強度和驅動場。

而且這種基于磁場的無束縛、復雜和快速的形狀移動軟材料的遙控驅動，為在柔性電子、生物醫(yī)學設備等領域的應用提供了新的可能性。