加州大学利用超材料3D打印形成微小的“元机器人”
加州大学洛杉矶分校的一组研究人员开发了一种一次性3D打印整个机器人的新方法。
该方法依赖于专门开发的活性超材料（多功能材料），这些材料既可用作构成机器人的机械系统，也可用作电子系统。这些超材料可以通过3D打印形成微小的“元机器人”，它们可以爬行、跳跃、感知周围环境，甚至可以根据编程命令决定下一步该做什么。
由于内部结构、运动和传感组件都是一次打印的，因此使它们栩栩如生所需的只是一个小型外部电池。
“我们设想，这种智能机器人材料的设计和打印方法将有助于实现一类自主材料，可以取代目前制造机器人的复杂组装过程，”该研究的首席研究员郑晓宇说。“复杂的运动、多种传感模式和可编程的决策能力都紧密集成在一起，它类似于神经、骨骼和肌腱协同工作以执行受控运动的生物系统。”
一个3D打印的元机器人，能够自行移动、感知和做出决定
一种新的机器人建造方法
传统的机器人制造过程通常涉及一系列制造步骤，以将所有机械和电子组件拼凑在一起。由于这些组件中的许多可能来自不同的供应商，它们不太可能完美地装配在一起，从而导致组件更重、体积不必要地大，以及非最佳的力输出。UCLA 3D 打印方法旨在解决这些问题。
该方法成功的关键是印刷超材料的压电特性。这些材料制成晶格状，可以在几何形状上变形并在受到电场激发时移动，基本上将电能转化为动能。
虽然在机器人技术中使用压电材料并不新鲜，但它们的传统用途往往受到行进距离和运动范围的限制。从历史上看，它们还需要与类似变速箱的系统结合使用以实现特定的运动。
另一方面，通过3D打印压电机器人，可以智能地设计复杂的结构，精确地弯曲、旋转、膨胀和收缩，而无需外部传动系统。
“这使得驱动元件可以精确地布置在整个机器人中，以便在各种类型的地形上进行快速、复杂和扩展的运动，”主要作者 Huachen Cui 说。“借助双向压电效应，机器人材料还可以自我感知它们的扭曲，通过回声和超声波发射检测障碍物，并通过反馈控制回路对外部刺激做出反应，该反馈控制回路决定机器人如何移动，它们的移动速度有多快移动以及他们向哪个目标移动。”
压电超材料的3D打印晶格
元机器人的兴起
崔的团队已经使用3D打印技术构建了三个元机器人。第一个可以在S形拐角和随机障碍物周围寻路，第二个可以避免接触冲击，第三个可以在崎岖的地形上行走和跳跃。他们甚至设法集成小型板载电池和微控制器以实现全自动操作。
加州大学洛杉矶分校的研究人员设想该方法最终将应用于新型生物医学机器人设计，包括能够将药物输送到身体特定区域的自转向内窥镜和游泳机器人。
元机器人也可用于探索具有危险条件的环境，例如倒塌的建筑瓦砾。例如，他们可以通过密闭空间感知路径并找到被困在碎片下的人，或者评估其他诊断设备可能不适合的威胁级别。
该研究的更多细节可以在题为“本体感受三维架构机器人超材料的设计和打印”的论文中找到。