3D打印软机器人使用形状记忆聚合物向前和后退

　　去年11月，苏黎世联邦理工学院的研究人员发表了一项研究，解释了形状记忆聚合物如何被用作制造自适应材料的催化剂，这种材料一旦加热就会恢复到原始形状。

　　研究小组在实验中使用了3D打印、可编程设计和热粘弹性超材料。克里斯蒂娜·谢伊教授和她的博士生陈(Tim Chen)为这项实验开发了3D打印的形状记忆聚合物条带。

　　现在，谢伊教授和她的团队与加州理工学院的研究人员合作，将这些条带用于3D打印和软机器人概念研究的新证据。研究团队已经用3D打印制造了一艘迷你潜艇，不需要推进剂、电源和发动机。谢伊教授解释说:“我们工作的主要内容是，我们开发了一种新的、有前景的推进装置，它可以完全3D打印，可调节，无需外部电源。”

　　该团队为游泳机器人开发了一种新的推进概念，利用水中的温度波动来划水。使用多材料3D打印机制作了一个7.5厘米的微型潜艇，配备了双桨驱动的双稳态推进元件。这种元素是由谢伊教授和陈教授的两种形状记忆聚合物触发的，它们在温水中膨胀，像肌肉一样为机器人提供动力。最近，一篇关于3D打印潜艇的论文发表在了《PNAS》杂志(美国国家科学院院刊)上，题目是“用柔软且不受束缚的机器人进行定向推进”。作者包括加州理工学院的陈教授、奥萨马·r·比拉尔教授和谢伊教授以及加州理工学院的基亚拉·达拉约教授。

　　软机器人的主要挑战之一是将驱动、控制、推进和传感集成到一个机构中。如果迷你潜艇的水被加热，膨胀的肌肉会导致双稳态元件被卡住，从而触发划桨动作。虽然未来的研究人员相信他们可以3D打印出具有多个致动器的复杂游泳机器人，但微型潜艇的每个致动器都可以在必要的手动重新编程之前完成一次划水。

　　该团队目前的3D打印机器人可以一次性向前划桨，释放一枚硬币，然后以相反的方向划回起点。这一切都是通过感应水温变化来实现的。通过改变形状记忆聚合物肌肉的几何形状，科学家可以定义触发序列，薄聚合物带将会响应更快，因为它们在温水中加热更快。

　　在未来，这种3D打印的游泳软机器人可能会进一步发展成为一种低功率的船只，用于探索海洋；此外，科学家还可以使用对环境因素(如水的盐度或酸度)有反应的形状记忆聚合物。