3D打印軟機(jī)器人使用形狀記憶聚合物向前和后退

　　去年11月，蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院(ETH Zurich)的研究人員發(fā)表了一項(xiàng)研究，解釋了形狀記憶聚合物如何成為制造適應(yīng)性材料的催化劑，這種材料一旦加熱就會(huì)恢復(fù)到原來的形狀。 

　　該研究小組在試驗(yàn)中使用了3D打印、可編程設(shè)計(jì)和熱粘彈性超材料，Kristina Shea教授和她的博士生(Tim)Chen為實(shí)驗(yàn)開發(fā)了3D打印形狀記憶聚合物條帶。

　　現(xiàn)在，Shea教授和她的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)與加州理工學(xué)院的研究人員合作，在3D打印和軟機(jī)器人的概念研究的新證據(jù)中使用這些條帶。研究小組創(chuàng)建了一種3D打印的迷你潛艇，不需要推進(jìn)劑，電源或引擎。Shea教授解釋說：“我們工作的主要內(nèi)容是，我們已經(jīng)開發(fā)出了一種全新的有前途的推進(jìn)裝置，它完全可以3D打印，可以調(diào)節(jié)并且無需外部電源?！?

　　該團(tuán)隊(duì)為游泳機(jī)器人開發(fā)了一種新的推進(jìn)概念，他們利用水中的溫度波動(dòng)來劃槳。使用多材料3D打印機(jī)制作7.5厘米的微型潛水艇，該潛水艇配備了雙槳驅(qū)動(dòng)的雙穩(wěn)態(tài)推進(jìn)元件。這個(gè)元素是由Shea教授和Chen的兩個(gè)形狀記憶聚合物觸發(fā)的，它們?cè)跍厮信蛎洠窦∪庖粯訛闄C(jī)器人提供動(dòng)力。最近在PNAS雜志(美國國家科學(xué)院院刊)上發(fā)表了一篇關(guān)于3D打印潛艇的論文，題為“利用柔軟，無束縛機(jī)器人定向推進(jìn)”。作者包括來自加州理工學(xué)院的Chen，Osama R. Bilal，Shea教授和加州理工學(xué)院的Chiara Daraio。

　　軟機(jī)器人的主要挑戰(zhàn)之一是將致動(dòng)，控制，推進(jìn)和傳感集成在一個(gè)機(jī)制中，如果迷你潛水艇的水被加熱，膨脹的肌肉會(huì)導(dǎo)致雙穩(wěn)態(tài)元件卡住，從而觸發(fā)槳沖程。盡管未來研究人員相信他們可以3D打印具有多個(gè)執(zhí)行器的復(fù)雜游泳機(jī)器人，但微型潛水艇的每個(gè)執(zhí)行元件都可以在進(jìn)行必要的手動(dòng)重新編程之前完成一次槳沖程。

　　該團(tuán)隊(duì)目前的3D打印機(jī)器人可以一次性向前劃槳，釋放一枚硬幣，然后以相反方向沖程回到起始點(diǎn)，它通過感應(yīng)水中的溫度變化來完成所有這些。通過改變形狀記憶聚合物肌肉的幾何形狀，科學(xué)家們可以定義觸發(fā)順序 ，薄聚合物帶將更快響應(yīng)，因?yàn)樗鼈冊(cè)跍厮屑訜崴俣雀臁?

　　未來，這款3D打印游泳軟體機(jī)器人可能會(huì)進(jìn)一步發(fā)展成為探索海洋的低功率船只;此外，科學(xué)家還可以使用對(duì)環(huán)境因素(如水的鹽度或酸度)產(chǎn)生反應(yīng)的形狀記憶聚合物。