| 2022年6月17日 |
工程師創造單步、一體化的3D打印方法製造機器人材料(帶視頻) |
| （Nanowerk新聞加利福尼亞大學洛杉磯分校的一組工程師和他們的同事開發了一種新的設計策略和3D打印技術，可以一步就製造出機器人。 |
| 一項概述了這一進展的研究，以及各種微型機器人的建造和演示，這些機器人可以行走、機動和跳躍科學（本體感知三維建築機器人超材料的設計與打印)． |
 |
| 加州大學洛杉磯分校的工程師開發了一個3d打印的“元機器人”，它能夠推進、運動、感知和決策。它是由一種新型的3D打印工藝一次性製造的，該工藝針對具有多種功能的工程活性材料(也稱為超材料)。(圖片來源:Rayne Research Group/UCLA) |
| 這一突破使得操作機器人所需的整個機械和電子係統可以通過一種新型的3D打印工藝一次性製造出來，該工藝用於生產具有多種功能的工程活性材料(也稱為超材料)．一旦3D打印出來，一個“元機器人”將具備推進、運動、感知和決策能力。 |
| 打印的超材料由一個內部網絡組成，由感官、移動和結構元素組成，並可以根據編程命令自行移動。隨著移動和傳感的內部網絡已經到位，唯一需要的外部組件是一個小電池為機器人供電。 |
| 該研究的首席研究員鄭曉宇(Rayne)說:“我們設想這種智能機器人材料的設計和打印方法將有助於實現一類自主材料，取代目前製造機器人的複雜裝配過程。”鄭曉宇是加州大學洛杉磯分校薩繆裏工程學院土木與環境工程、機械與航空航天工程的副教授。“複雜的動作、多種感知模式和可編程決策能力都緊密結合在一起，它類似於一個神經、骨骼和肌腱協同工作的生物係統，執行受控製的動作。” |
| 該團隊演示了與車載電池和控製器的集成，以實現3D打印機器人的完全自主操作——每個機器人都有指甲大小。鄭也是加州大學洛杉磯分校加州納米係統研究所的成員，他說，這種方法可能會導致生物醫學機器人的新設計，如自我導向內窺鏡或微型遊泳機器人，它們可以發出超聲波，並在血管附近導航，在體內的特定目標位置輸送藥物。 |
| 這些“元機器人”還可以探索危險環境。例如，在一棟倒塌的建築中，一群配備集成傳感部件的微型機器人可以快速進入受限空間，評估威脅級別，並通過尋找被困在廢墟中的人來幫助救援工作。 |
|
|
| 加州大學洛杉磯分校開發的“元機器人”展示了它們在艱難地形中導航和躲避障礙的靈活性和能力。(視頻:Rayne研究小組/加州大學洛杉磯分校) |
| 大多數機器人，無論大小，通常都要經過一係列複雜的製造步驟，將肢體、電子和主動部件集成在一起。與使用這種新方法製造的機器人相比，該過程的結果是更重的重量、更大的體積和更少的力輸出。 |
| 加州大學洛杉磯分校領導的“一體機”方法的關鍵在於壓電超材料的設計和打印。壓電超材料是一種複雜的晶格材料，它可以隨著電場的變化而改變形狀並移動，或者在物理力的作用下產生電荷。 |
| 使用能將電轉化為運動的活性材料並不新鮮。然而，這些材料的運動範圍和移動距離通常都有限製。它們還需要連接到類似變速箱的傳動係統，以實現所需的運動。 |
| 相比之下，加州大學洛杉磯分校開發的機器人材料——每一枚硬幣大小——都由複雜的壓電和結構元件組成，設計用於高速彎曲、彎曲、扭轉、旋轉、膨脹或收縮。 |
| 該團隊還提出了一種設計這些機器人材料的方法，這樣用戶就可以製作自己的模型，並直接將材料打印到機器人上。 |
| 該研究的第一作者、加州大學洛杉磯分校增材製造和超材料實驗室的博士後崔華晨(音譯)說:“這使得驅動元件可以精確地布置在機器人的整個部位，以便在各種地形上進行快速、複雜和擴展的運動。”“通過雙向壓電效應，機器人材料還可以自我感知它們的扭曲，通過回聲和超聲波發射檢測障礙物，以及通過反饋控製環對外部刺激做出反應，該反饋控製環決定了機器人如何移動、移動速度和向哪個目標移動。” |
| 使用這種技術，該團隊構建並演示了三個具有不同功能的“元機器人”。其中一個機器人可以繞過s型角和隨機設置的障礙物，另一個可以在接觸衝擊時逃跑，而第三個機器人可以在崎嶇的地形上行走，甚至可以進行小跳躍。 |
