3D打印為機器人量身定制“減震外衣”！

材料牛注：具有良好減震性能的機器人是我們所追求的，而麻省理工學院的研究人員們利用3D打印技術為機器人們量身定制了“減震外衣”，這大大地保護了它們免受沖擊外力的影響，提高了使用壽命。

看過2015年DARPA機器人挑戰賽的觀眾可能會注意到很多的參賽機器人都配備有防護墊，以防止摔倒時發生意外。麻省理工學院的計算機科學和人工智能實驗室（Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory 簡稱CSAIL）正在探索利用3D打印技術制備軟性材料并應用在機器人身上，使得其可以自定義減震功能，以起到保護作用。這種材料不僅可以使機器人抵抗摔倒時的沖擊力，還可以讓它移動更加靈活精確。

機器人工程師長期以來一直熱衷于軟性材料。簡單來說，這種材料可以保護機器人免受摔倒以及其他沖擊。在未來，人類和機器人共事越來越頻繁的時候，甚至可以利用這種特性來保護我們自己。而這種軟性材料的設計一般是通過模仿動物而實現的。

通過使用3D打印技術，CSAIL的研究人員們正在設計一種新的軟性材料，從根本上改善機器人的性能。他們將這種材料稱之為“可編程的黏彈性材料”（programmable viscoelastic material 簡稱PVM），它是基于控制材料的硬度和強度來改變機器人移動和反應的，通過這項技術，工程師們可以針對自己手頭上的任務，進行個性化的材料定制。

橡膠和塑料由于黏彈性較好，是常見的阻尼器，但是它們的性能在制備的過程中就已經被確定，再加上工藝復雜，成本昂貴，很難做出“個性化”的材料來。CSAIL的研究人員說，解決辦法就是3D打印自定義的可編程粘彈性材料，通過加入預先設定好的液體量，以及確定液體所在區域，就可以決定最終材料的強度或彈性。如果需要的話，材料特殊部位的參數也可以按照自己所需的要求設定。

按照這種方法，研究人員們將不同材料制成的液滴一層一層地放置在噴墨打印機上，用紫外光將設計圖的非液態區域凝固，只留下液體的填充腔。這樣就可以打印出具有自定義強度的材料了。

為了測試新方法制備的材料，研究人員們做了一個立方體形的機器人，它具有一個堅固的身軀、兩個馬達、一個微處理器以及電池，四層的環狀金屬條可以提供推進力，當然還少不了測量慣性的傳感器。這些零器件將披上用新方法制備的柔性材料，作為自己的“減震皮膚”，然后通過實驗測試3D打印的柔性材料的性能。

圖為CSAIL的研究人員設計的帶“減震外衣”的立方體機器人

實驗結果表明，一些機器人遇到沖擊時，會彈跳得很高，而另外一些機器人則彈跳得很矮，但是彈跳后，它能回到預期的位置，其精確度是高回彈機器人的四倍。CSAIL的研究人員說，由這種材料制備的組件可以應用在越來越多的耐用型機器人身上，當它們碰撞地面或者碰到其他沖擊力的時候，可以比傳統材料做的機器人減少一半的能量損失。而且，這種打印技術可以打印出我們所需要的特定性能的材料，而不是依靠工廠里的運行的流水線。

CSAIL的研究人員認為3D打印PVM技術應用前景十分廣闊。除了可以提高機器人的安全性以及可控性之外，它還可以用于延長無人機的壽命，提高跑鞋、安全帽的性能，和保護攝像機以及傳感器內部的精密儀器。

博士后Robert MacCurdy說道：“將此技術應用在同一個對象的不同區域，會有不同的效果。比如安全帽，在帽中某一區域應用這種新材料會有利于你的頭部放松，而在容易受到沖擊的其他部位使用這種材料，則起到減震的作用。”

該研究團隊將會把論文發表在于韓國舉行的國際智能機器人系統會議上。

原文鏈接：MIT applies soft touch to robots with programmable 3D-printed skins

本文由材料人編輯部劉萬春提供素材，陳露編譯，點我加入材料人編輯部。