材料牛注：具有良好減震性能的減震外衣機(jī)器人是我們所追求的，而麻省理工學(xué)院的機(jī)器研究人員們利用3D打印技術(shù)為機(jī)器人們量身定制了“減震外衣”，這大大地保護(hù)了它們免受沖擊外力的人量影響，提高了使用壽命。身定
看過2015年DARPA機(jī)器人挑戰(zhàn)賽的制材觀眾可能會注意到很多的參賽機(jī)器人都配備有防護(hù)墊，以防止摔倒時發(fā)生意外。料牛麻省理工學(xué)院的減震外衣計(jì)算機(jī)科學(xué)和人工智能實(shí)驗(yàn)室（Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory 簡稱CSAIL）正在探索利用3D打印技術(shù)制備軟性材料并應(yīng)用在機(jī)器人身上，使得其可以自定義減震功能，機(jī)器以起到保護(hù)作用。人量這種材料不僅可以使機(jī)器人抵抗摔倒時的身定沖擊力，還可以讓它移動更加靈活精確。制材
機(jī)器人工程師長期以來一直熱衷于軟性材料。料牛簡單來說，減震外衣這種材料可以保護(hù)機(jī)器人免受摔倒以及其他沖擊。機(jī)器在未來，人量人類和機(jī)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(hù)我們自己。而這種軟性材料的設(shè)計(jì)一般是通過模仿動物而實(shí)現(xiàn)的。
通過使用3D打印技術(shù)，CSAIL的研究人員們正在設(shè)計(jì)一種新的軟性材料，從根本上改善機(jī)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(qiáng)度來改變機(jī)器人移動和反應(yīng)的，通過這項(xiàng)技術(shù)，工程師們可以針對自己手頭上的任務(wù)，進(jìn)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(jīng)被確定，再加上工藝復(fù)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(yù)先設(shè)定好的液體量，以及確定液體所在區(qū)域，就可以決定最終材料的強(qiáng)度或彈性。如果需要的話，材料特殊部位的參數(shù)也可以按照自己所需的要求設(shè)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(jī)上，用紫外光將設(shè)計(jì)圖的非液態(tài)區(qū)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(qiáng)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(jī)器人，它具有一個堅(jiān)固的身軀、兩個馬達(dá)、一個微處理器以及電池，四層的環(huán)狀金屬條可以提供推進(jìn)力，當(dāng)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(shí)驗(yàn)測試3D打印的柔性材料的性能。
圖為CSAIL的研究人員設(shè)計(jì)的帶“減震外衣”的立方體機(jī)器人
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，一些機(jī)器人遇到?jīng)_擊時，會彈跳得很高，而另外一些機(jī)器人則彈跳得很矮，但是彈跳后，它能回到預(yù)期的位置，其精確度是高回彈機(jī)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(yīng)用在越來越多的耐用型機(jī)器人身上，當(dāng)它們碰撞地面或者碰到其他沖擊力的時候，可以比傳統(tǒng)材料做的機(jī)器人減少一半的能量損失。而且，這種打印技術(shù)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(yùn)行的流水線。
CSAIL的研究人員認(rèn)為3D打印PVM技術(shù)應(yīng)用前景十分廣闊。除了可以提高機(jī)器人的安全性以及可控性之外，它還可以用于延長無人機(jī)的壽命，提高跑鞋、安全帽的性能，和保護(hù)攝像機(jī)以及傳感器內(nèi)部的精密儀器。
博士后Robert MacCurdy說道：“將此技術(shù)應(yīng)用在同一個對象的不同區(qū)域，會有不同的效果。比如安全帽，在帽中某一區(qū)域應(yīng)用這種新材料會有利于你的頭部放松，而在容易受到?jīng)_擊的其他部位使用這種材料，則起到減震的作用。”
該研究團(tuán)隊(duì)將會把論文發(fā)表在于韓國舉行的國際智能機(jī)器人系統(tǒng)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(diǎn)我加入材料人編輯部。
