打印技术|3D打印“元机器人”能一步构建

【打印技术|3D打印“元机器人”能一步构建】
打印技术|3D打印“元机器人”能一步构建
文章插图

3D打印元机器人能够进行推进、运动、传感和决策 。
图片来源:郑小雨研究团队/UCLA
科技日报北京6月16日电 (采访人员张梦然)美国加州大学洛杉矶分校(UCLA)的工程师团队开发了一种可一步构建机器人的新设计策略和3D打印技术 。 这项研究进展发表在《科学》杂志上 , 展现了各种能够行走、机动和跳跃的微型机器人的构造 。
此次打印的超材料由包含感觉、移动和结构元素的内部网络组成 , 可按照程序设置自行移动 。 由于移动和传感的内部网络已就位 , 唯一需要的外部组件就是为机器人供电的小电池 。 而新方法的关键是压电超材料的设计和印刷 , 压电超材料是一种复杂的晶格材料 , 可响应电场改变形状和移动 , 或基于物理力而产生电荷 。
该项研究的首席研究员、UCLA工程学院助理教授郑小雨表示 , 新方法将有助于发展一类自主材料 , 其可取代目前制造机器人的复杂组装过程 。 新方法将复杂的运动、多种传感模式和可编程决策能力紧密集成在一起 , 类似于生物系统中的神经、骨骼和肌腱协同工作 , 以执行受控运动 。
研究团队展示了这种机器人与板载电池和控制器的集成 , 以实现3D打印机器人的完全自主操作 , 每个机器人都有指甲那么大 。 这些元机器人有望带来生物医学机器人的新设计 , 如自转向内窥镜或体内游泳机器人;未来其还可探索危险环境 , 如在倒塌的建筑物中快速进入密闭空间 , 评估危险级别并寻找被困在瓦砾中的人 。
研究人员称 , 他们的驱动元件可在整个机器人中精确布置 , 以在各种类型的地形上进行快速、复杂和扩展的运动 。 他们还提出一种设计机器人材料的方法 , 以便用户可制作自己的模型并将材料直接打印到机器人中 。
研究人员演示了3个具有不同功能的元机器人:一个展示了绕过S形拐角和随机放置障碍物的能力;另一个可在撞击时逃跑;第3个可在崎岖的地形上行走 , 甚至可小幅度跳跃 。
【总编辑圈点】
将电能转化为运动的活性材料 , 用在机器人身上并不是什么新鲜事 , 但这些机器人通常运动范围有限、行进距离不足 , 即使运动的话也不能脱离类似变速箱的传动系统 。 而且大多数机器人 , 无论其大小如何 , 通常都是由一系列复杂的制造步骤构建的 。 正是这些步骤 , 集成了机器人的肢体、电子和有源组件;但也正是这些过程 , 导致了更重的重量、更大的体积和更少的力输出 。 相比之下 , UCLA开发的机器人材料由复杂的压电和结构元件组成 , 这些元件的结构巧妙满足了高速伸展、弯曲、扭曲、旋转、膨胀或收缩的运动能力——而这么灵活的机器人 , 每一个仅硬币大小 。