机器人脑细胞！用于微型软机器人执行器的高分辨率3D打印的工艺流程被发现！

　　最近，研究人员开发了一种用于微软机器人执行器的高分辨率3D打印工艺。软机器人是一种由标准材料制成的机器人系统，能够安全地适应复杂的环境。他们最近增长很快，有各种各样的设计，涵盖了从米到亚米的各种长度尺度。

　　特别是毫米级的小型软机器人更具有实际意义，因为它们可以被设计成仅由气动压力驱动的微致动器的组合，它们也非常适合在狭窄区域导航和操纵小型物体。

　　然而，将软气动机器人的尺寸减小到毫米将使更精细的特征减少不止一个数量级。这种机器人用传统工艺制造时，设计复杂度需要非常精细，比如成型和软光刻。虽然新兴的3D打印技术如数字光处理(DLP)具有很高的理论分辨率，但在不造成堵塞的情况下处理微尺度的间隙和通道仍然具有挑战性。所以，其实3D打印微型软气动机器人的成功例子并不多见。

　　加州大学圣地亚哥分校的机器人研究人员首次使用商用3D打印机将复杂的传感器嵌入机器人的四肢和固定装置中。然而，他们发现，在机器人完全投入使用之前，仍然需要改进可用于商业3D打印的材料。

　　长期以来，专门从事3D打印的研究人员一直试图在打印机上构建一个完整的机器人，它可以在完成后将自己从打印机上移除。这使得打印更多的机器人变得更加容易和快速。它还可以使3D打印机器人在没有人类监管的情况下成为可能，例如在月球或火星上。

　　实现这一目标的主要障碍之一是为软机器人开发有效的传感器。这是因为柔软灵活的机器人通常具有复杂的表面和运动，很难装备和覆盖传统制造技术制造的传感器。这些类型的机器人比僵硬的同类更灵活，可以安全地与人类并肩工作。

　　加州大学圣地亚哥分校的研究人员有双重观点。他们转向商业打印机(strata sys objet 350 connex 3——许多机器人实验室的中流砥柱)。此外，他们意识到3d打印机中使用的一种材料是由碳颗粒制成的，当连接到电源时，可以为传感器供电。因此，机器人专家使用黑色树脂来制造嵌入透明聚合物制成的机器人零件中的复杂传感器。他们设计并制造了几个原型，包括一个夹子。

这个夹具是用商用多材料3D打印机做的，可以把执行器和传感器一起打印出来。

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　　当拉伸时，传感器在与人类皮肤大致相同的张力下失效。但是3D打印机中使用的聚合物不是为了导电而设计的，所以它们的性能不是最佳的。3D打印机器人在实现其功能之前需要大量的后期处理，包括仔细清洁以去除杂质和干燥。

　　然而，研究人员仍然乐观地认为，在未来，材料将得到改善，配备嵌入式传感器的3D打印机器人将更容易制造。

　　“传感器的嵌入式打印是一个强大的过程，可以实现和增强传感器和软机器人的无缝集成，但没有合适的、商业的和易于使用的平台可以让用户同时打印软驱动器和传感器，”研究人员写道。

　　最近，新加坡和中国的研究人员，即新加坡科技设计大学(SUTD)、中国南方科技大学和浙江大学(ZJU)提出了指导DLP 3d打印的一般工艺流程。用于软机器人的微型气动执行器的总尺寸为2-15毫米，特征尺寸为150-350微米..他们的研究成果发表在《先进材料技术》上。

　　“我们利用DLP 3d打印的高效率和分辨率来制造微型软机器人致动器，”SUSTech副教授Kevin)Ge说，他是该研究项目的首席研究员。“为了确保打印产品的可靠打印保真度和机械性能，我们引入了一种新的模式，用于系统有效地定制材料配方和关键加工参数。”

　　在DLP 3-D打印中，通常在聚合物溶液中添加光吸收剂，以提高水平和垂直方向的打印分辨率。同时，过量的剂量增加会导致材料弹性迅速下降，这对于软机器人保持大变形非常重要。

　　“为了达到合理的权衡，我们首先选择了在投射紫外光的波长处具有良好吸收率的吸光剂，并根据力学性能测试确定了合适的材料配方。接下来，我们将固化深度和XY保真度作为确定曝光时间和切片层厚度的合适组合，”SUTD的第一作者之一张远方解释道。

　　“按照这个流程，我们可以在自建的多材料3D打印系统上生产出各种结构和变形模式的微型软气动机器人执行器，它们都比一枚新加坡元硬币还小。”这种方法应该与商业立体平版印刷术(SLA)或DLP 3d打印机兼容，因为不需要对硬件进行修改，”通讯作者，SUSTech的齐格教授说。

　　为了说明潜在的应用，研究人员还设计了一种软碎片去除器，包括一个连续机械手和一个用于3D打印的微型软气动夹具。它可以在狭窄的空间中导航，并在难以到达的位置收集小物体。

　　该方法为具有复杂几何形状和复杂多材料设计的3D打印微软机器人铺平了道路。将印刷微型软气动致动器集成到机器人系统中为潜在的应用提供了机会，例如喷气发动机维护和微创手术。