來源：科技日報

記者：張夢然

據(jù)新一期《先進材料》雜志報道，美國哈佛大學(xué)工程師開發(fā)出一種旋轉(zhuǎn)多材料3D打印新技術(shù)，打印出柔性螺旋結(jié)構(gòu)，可用作機器人的肌肉或其他組件，使機器人在充氣時能以可預(yù)測的方式彎曲和變形。該技術(shù)為制造復(fù)雜的機器人組件提供了有效工具。

一只帶有關(guān)節(jié)的3D打印手。圖片來源：哈佛大學(xué)劉易斯實驗室

由柔韌且生物兼容材料制成的柔性機器人在醫(yī)療、工業(yè)制造等行業(yè)需求迫切，但精確設(shè)計和控制此類機器人以滿足特定用途仍是一大挑戰(zhàn)。新技術(shù)結(jié)合了哈佛大學(xué)開發(fā)的多種3D打印技術(shù)，繞過了通常用于制作柔性機器人的傳統(tǒng)鑄件和模具。其采用旋轉(zhuǎn)多材料3D打印技術(shù)，其中一個噴嘴允許同時打印多種材料。隨著機器旋轉(zhuǎn)和重新定向，它會按照定制圖案擠出墨水。

利用這一通用方法，研究人員制造了由聚氨酯外殼和一種常見于發(fā)膠中的聚合物組成的內(nèi)通道。這些細絲可成線排列，既有平坦也有凸起的圖案。通過精確控制打印機噴嘴的設(shè)計、轉(zhuǎn)速和物料流動速率，研究人員編程了每個內(nèi)部通道的方向、形狀和大小。

外殼固化后，研究人員又沖洗掉類似發(fā)膠的內(nèi)部通道，剩下帶有空心通道的管狀結(jié)構(gòu)可加壓以向不同方向彎曲，形成能膨脹、收縮和抓握的柔性裝置。

這項研究為傳統(tǒng)柔性機器人制造方法提供了替代方案。傳統(tǒng)方法通常是將柔性材料鑄造到模具中，在表面設(shè)計氣動通道，再封裝另一層形成通道。而新方法無需模具，只需打印結(jié)構(gòu)，快速編程，并且能快速定制執(zhí)行系統(tǒng)。

為了驗證新技術(shù)，研究人員螺旋打印了一個花朵圖案，還打印了一個有5根手指的手掌，手指帶有可彎曲的關(guān)節(jié)。這些成果展示了將這種快速制造技術(shù)應(yīng)用于從手術(shù)機器人到人體輔助裝置等多個領(lǐng)域的潛力。