北京
來源：科技日報
記者：張夢然
據新一期《先進材料》雜志報道，美國哈佛大學工程師開發出一種旋轉多材料3D打印新技術，打印出柔性螺旋結構，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測的方式彎曲和變形。該技術為制造復雜的機器人組件提供了有效工具。
一只帶有關節的3D打印手。圖片來源：哈佛大學劉易斯實驗室
由柔韌且生物兼容材料制成的柔性機器人在醫療、工業制造等行業需求迫切，但精確設計和控制此類機器人以滿足特定用途仍是一大挑戰。新技術結合了哈佛大學開發的多種3D打印技術，繞過了通常用于制作柔性機器人的傳統鑄件和模具。其采用旋轉多材料3D打印技術，其中一個噴嘴允許同時打印多種材料。隨著機器旋轉和重新定向，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膠中的聚合物組成的內通道。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計、轉速和物料流動速率，研究人員編程了每個內部通道的方向、形狀和大小。
外殼固化后，研究人員又沖洗掉類似發膠的內部通道，剩下帶有空心通道的管狀結構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。
這項研究為傳統柔性機器人制造方法提供了替代方案。傳統方法通常是將柔性材料鑄造到模具中，在表面設計氣動通道，再封裝另一層形成通道。而新方法無需模具，只需打印結構，快速編程，并且能快速定制執行系統。
為了驗證新技術，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節。這些成果展示了將這種快速制造技術應用于從手術機器人到人體輔助裝置等多個領域的潛力。
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