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

南極熊導讀，大多數(shù)機器人，無論大小，通常都需要一系列復雜的制造流程，該過程匯集了肢體、電子設備和有源組件。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打印技術將它們一體會化？

2022年6月19日，南極熊獲悉，加州大學（UCLA）的工程師，開發(fā)了一種新的設計策略和3D打印技術，可以實現(xiàn)一步構(gòu)建可以行走、機動和跳躍的微型機器人。

△由UCLA工程師開發(fā)的3D打印“元機器人”，可以行走、機動和跳躍

突破性的3D打印工藝
制造這種微型機器人所需的整個機械和電子系統(tǒng)，僅通過一種新型3D打印工藝，即可實現(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打印出來后，“元機器人”就可以執(zhí)行不同的任務——推進、運動、傳感和自我決策。

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

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

潛在的應用
首先，每個機器人都有指甲那么大，該團隊在該機器人內(nèi)部，集成了一個板載電池和控制器，可實現(xiàn)3D打印機器人的完全自主控制。據(jù)研究人員稱，該方法可能會改變?yōu)楝F(xiàn)有生物醫(yī)學機器人的設計方式，例如自轉(zhuǎn)向內(nèi)窺鏡或微型血管機器人，它們可以通過導航到達血管內(nèi)指定地點并發(fā)射超聲波，從而在體內(nèi)特定目標部位輸送藥物。

另外，在其他領域，元機器人還可以執(zhí)行危險環(huán)境下的探測任務，例如倒塌的建筑物，機器人可以快速進入密閉空間，并評估安全級別，最終可用于被困人員搜救工作。

開發(fā)新的機器人材料
加州大學洛杉磯分校開發(fā)的一體化方法的關鍵點是，設計和打印壓電超材料，據(jù)說，這種新材料可以根據(jù)電場改變形狀和移動。機器人材料由復雜的壓電和結(jié)構(gòu)元件組成，這些元件旨在高速彎曲、彎曲、扭曲、旋轉(zhuǎn)、膨脹或收縮。該團隊還提出了一種可用于設計機器人材料的方法，使用戶能夠創(chuàng)建自己的模型，并將材料直接打印到機器人中。

△該研究已發(fā)表在《科學》雜志上，獲得更多資料可查看《本體感知三維架構(gòu)超材料機器人的設計和打印》（點我傳送門）

該研究的主要作者，加州大學洛杉磯分校鄭氏增材制造，和超材料實驗室的博士后崔華晨說：“這使得驅(qū)動元件可以在整個機器人中精確布置，它最終可用于各位地形商的快速、復雜和擴展的運動�！�

他補充道：“借助雙向壓電效應，超材料還可以自我感知它們的扭曲，通過回聲和超聲波探測障礙物，并通過反饋控制回路對外部刺激做出反應，該反饋回路可決定機器人如何移動，控制速度以及向哪個目標移動�！�

使用他們的新技術，研究人員構(gòu)建并展示了三個具有不同功能的元機器人。一個機器人自主避開隨機放置它周圍的障礙物，另一個機器人可以在接觸撞擊時逃脫，而第三個機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，未來將在機器人領域發(fā)揮重要作用，有助于使此類機器人的高速發(fā)展。